ANSYS建模过程中单元属性的定义

ANSYS建模过程中单元属性的定义

ANSYS建模过程中单元属性的定义

张　萍

(中国电子科技集团公司第39研究所　陕西西安　710065)

摘　要:单元属性的定义是有限元分析过程中的重要环节。本文详细论述了如何在ANSYS建模过程中准确定义单元属性,从而使我们的有限元模型能更接近于实际系统。

关键词:ANSYS;单元类型;实常数;材料特性

中图分类号:TP312　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1004373X(2003)1603502

DefinesofElementAttributesinBuildingComputerModelsinANSYS

ZHANGPing

(No139thResearchInstituteofChinaElectronicTechnologiesGroup,Xi′an,710065,Ch)

Abstract:Thedefinesofelementattributesisaimportanttachein1TssedhowtoexactlydefinetheelementattributesinANSYS,andmaker1

Keywords:ANSYS;elementtype;ts;m　　ANSYSFEA)软件

包。响应的方法,用称之为“单元”的离散体模拟设计,每一个单元都有确定的方程描述在一定载荷下的响应。这种包含有限个未知量的有限单元模型,只能近似模拟具有无限未知量的实际系统的响应。如何准确定义模型的单元属性,使这种近似模型能最逼近实体,是我们必须面对的问题。

单元属性是ANSYS网格划分前必须指定的模型特性,包括3部分:单元类型、实常数、材料属性。1　单元类型的确定

单元类型决定单元的自由度设置(如:热单元有一个自由度,而结构单元有6个自由度)、单元形状(六面体,三角形等)、维数(二维或三维)、位移形函数(线形及二次函数)。在ANSYS数据库中有超过150种的不同单元类型可供选择。

首先,要确定单元的种类。经常采用的单元有壳单元、线单元、二维实体和三维实体。壳单元用来模拟平面或曲面,其厚度大小取决于实际应用。一般来说,壳单元用于主尺寸不小于10倍厚度的结构。对于只受拉、压力的线单元,我们通常将其定义为杆单元。既受拉、压力,又有弯曲应力的,则将其定义为梁单元。值得注意的是,线单元对扭转变形很敏感,对于

承受扭矩的实体,要用二维实体单元来模拟。二维实体单元用于模拟实体的截面,必须在总体直角坐标系x-y平面内建立模型,所有载荷作用在x-y平面内,其位移也在x-y平面内。三维实体单元用于那些几何、材料、载荷或分析等要求考虑细节,而无法采用更简单的单元进行建模的结构,也用于从三维CAD系统转化而来的几何模型,而这些几何模型转化成二维模型或壳体会花费大量的时间和精力。

一旦选择了单元类型,就选择了单元类型相应的形函数。形函数是指给出单元内结果形态的数值函数。因为有限元分析的解答只是节点自由度值,需要通过形函数用节点自由度的值来描述单元内任一点的值,因此每一个单元的形函数反映单元真实特性的程度,直接影响求解精度。如图1所示,对单元类型的不同描述,可得到不同的精度。笔者根据多年的工程经验认为,由于线性单元内部位移按线性变化,应力不变,而二次单元内部位移是二次变化,应力是线性变化的,因此若对应力要求不严格而偏重于位移时,可以采用线性单元,同时在应力梯度大的地方,划分大量的单元;如果想得到高精度的应力,应采用二次单元。而对于壳单元,线性单元与二次单元区别不明显,应优先采用线单元。2　定义实常数

收稿日期:20030523

实常数用于描述那些用单元几何形状不能完全确定的几何参数。壳单元通过四边形和三角形定义了壳的表面,实常数用来定义其厚度;而梁单元的实常数

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ANSYS建模过程中单元属性的定义

相对复杂,其界面如图2所示。主要包括截面积、截面对zz轴、yy轴的惯性矩、沿z轴、y轴的厚度(最大应力发生在离轴最远点)等

。

积和惯性矩,忽视了梁单元的质量,从而造成重力变形减小。解决这个问题,不能简单增大截面积,那样会使计算应力不可信。我们可以采取2种方法:

(1)沿梁轴线均匀加载一个沿重力方向的线性载荷;(2)将梁单元材料密度乘一个系数。

上述2种方法均切实可行,也得到了工程实践的验证

。

图3　复杂梁结构图

3　单元的材料特性

图1

　单元类型对求解精度的影响

图2　梁单元的实常数定义界面

绝大多数单元类型都需要材料特性。根据应用的不同,。与单元类型、实,。,,供用户,特殊情况用户应自己输入数据。

线性材料特性可以是常数或温度相关的,各向同性或正交异性的,对各向同性材料只需指定其一个方向的特性。非线性材料特性通常是表格数据,如塑性数据、磁场数据、蠕变数据、膨胀数据、超弹性材料数据等。材料特性主要由材料本身物理特性决定,在此不再赘述。4　结　语

对于简单截面梁,其几何特性这里不再赘述。但对于实体结构复杂的复合梁,其截面特性的定义具有技巧。如图3所示结构,在有限元建模过程中,为简化结构,减少单元数量,通常将其简化为单根梁。经过受力分析可知,主要承力构件为4根立柱,其余斜杆只是起辅助支撑作用,因此其截面应简化如图3所示。但是,经过计算会发现,计算结果数据中位移和应力明显偏小,与实际情况有出入。经过分析不难发现,造成这种情况的原因是截面的选择只考虑了截面

单元属性是单元的基本特性,如何对其准确定义需要我们在实践中不断摸索。由于作者水平有限,不足之处恳请批评指正。

参　考　文　献

[1]　刘鸿文1材料力学[M]1北京:高等教育出版

社,19901

[2]　ANSYS操作手册,20001

(上接第34页)4　结　语

参　考　文　献

[1]　MichaelAdamsD,TheJPEG2000stillimage

compressionstandard[M],20011

[2]　章毓晋1图像处理和分析[M]1北京∶清华大

学出版社,2001

1

[3]　AnalogDeviceInc1ADV611_2_01pdf1

http: www1analog1com

该系统图像压缩率高达7000∶1,支持JPEG

2000图像标准,在64kb s的传输线路上可达到每6～8帧 s的图像传输率,并具有灰度、分辨率可调、感兴趣图像区域选择的功能,同时可与110报警系统互联。该系统在银行、交通等领域具有广阔的应用前景。36

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