有限元与ANSYS基础培训.ppt

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1、ANSYS单元特性单元特性使用单元使用单元经常遇到使用直接使用单元的情况经常遇到使用直接使用单元的情况:特殊类型的表面载荷，诸如不与表面垂直的压力特殊类型的表面载荷，诸如不与表面垂直的压力梁的后处理和特定单元数据梁的后处理和特定单元数据复合（层）单元复合（层）单元Link 及及combination单元诸如单元诸如spars,springs,and convection links使用单元使用单元A.单元坐标系单元坐标系B.表面效应单元表面效应单元使用单元使用单元A.单元坐标系单元坐标系模型中每一个单元都有一个单元坐标系与之相关模型中每一个单元都有一个单元坐标系与之相关目的在于确定下列量的方向

2、目的在于确定下列量的方向:各向异性材料熟悉各向异性材料熟悉(EX,KXX,etc.)求解中应变和应力的计算求解中应变和应力的计算(EPX,SX,SY,etc.)ESYS是单元的另一种属性是单元的另一种属性使用单元使用单元单元坐标系单元坐标系缺省单元方向取决于单元类型，如缺省单元方向取决于单元类型，如:线单元的取向从节点线单元的取向从节点I到到J是单元的是单元的X轴轴壳通常缺省为壳通常缺省为:从节点从节点I到到J是单元的是单元的X轴轴单元的平面上单元的平面上Y垂直于垂直于 X单元的单元的Z通过右手定则垂直于通过右手定则垂直于X-Y实体单元缺省为总体笛卡尔实体单元缺省为总体笛卡尔IJXXYZIJK

3、LIJKPMNOXgYgZgXYZ使用单元使用单元单元坐标系单元坐标系需要改变单元坐标系的情况需要改变单元坐标系的情况:实体单元的材料属性方向，代表玻璃纤维，不与总体笛卡尔坐实体单元的材料属性方向，代表玻璃纤维，不与总体笛卡尔坐标系平行标系平行给施加在表面效应单元上的切向压力取向给施加在表面效应单元上的切向压力取向XgYgZgX使用单元使用单元单元坐标系单元坐标系改变缺省的单元坐标系改变缺省的单元坐标系ESYS,需要将其对应一个定义的需要将其对应一个定义的局部坐标系局部坐标系(CSYS 11 或更大或更大)步骤如下步骤如下:1.定义一个合适方向的局部坐标系定义一个合适方向的局部坐标系位置一般是

4、任意的位置一般是任意的Utility Menu WorkPlane Local Coordinate Systems Create Local CS使用单元使用单元 单元坐标系单元坐标系2.选择需要的单元选择需要的单元3.修改所选单元的单元坐标系到步骤修改所选单元的单元坐标系到步骤1中定义的局部坐标系号中定义的局部坐标系号Preprocessor Move/Modify -Elements-Modify Attrib或或 EMODIF 命令命令(如如emodif,all,esys,11)4.重新激活所有的单元并将其变换到前面的坐标系重新激活所有的单元并将其变换到前面的坐标系(CSYS).使用单

5、元使用单元B.表面效应单元表面效应单元如何定义这样的压力载荷如何定义这样的压力载荷:与表面相切，诸如剪切载荷与表面相切，诸如剪切载荷?沿表面空间变化的载荷，诸如螺栓载荷沿表面空间变化的载荷，诸如螺栓载荷?与一表面成一定角度，诸如屋顶的冰载荷与一表面成一定角度，诸如屋顶的冰载荷?表面效应单元表面效应单元 提供了一种有效的处理途径提供了一种有效的处理途径使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元它们覆盖在划分了网格的表面象一层它们覆盖在划分了网格的表面象一层“皮肤皮肤”作用如同是表面载荷的导轨作用如同是表面载荷的导轨生成十分容易生成十分容易:选择表面上的节点选择表面上的节点激活适当的单元类型激活适

6、当的单元类型执行执行ESURF(or Preprocessor Create Elements Surf Effect .).选择所有节点选择所有节点使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元对二维和三维模型都可用对二维和三维模型都可用:SURF151及及153 是线单元是线单元(热和结构热和结构)用于二维模型的边界用于二维模型的边界SURF152及及154 是面单元是面单元(热和结构热和结构)用于三维模型的表面用于三维模型的表面这里只讨论这里只讨论SURF154单元单元使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元SURF154 利用不同的单元表面号接受不同类型的载荷利用不同的单元表面号接受不同

7、类型的载荷面号是面号是“Apply PRES on elems”对话框区域输入对话框区域输入(Solution -Loads-Apply Pressures On Elements)或或SFE 命令的命令的LKEY 区域：区域：SFE,ELEM,LKEY,PRES,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元面面 1:法向压力法向压力正值进入单元正值进入单元(沿单元坐标沿单元坐标-Z方向方向).例如例如:sfe,all,1,pres,1000(在选择了相应单元之后在选择了相应单元之后)使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元面面2及及3:切向压力切向压力,

8、分别沿单元分别沿单元 X 及及 Y方向方向例如例如:sfe,eflat,3,pres,1000sfe,eslope,2,pres,1000(eflat 及及eslope 是由单元组成的部件是由单元组成的部件)使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元面面 4:法向压力法向压力,有梯度的。幅值有梯度的。幅值=P1+XgP2+YgP3+ZgP4P1-P4 通过通过SFE命令的命令的VAL1-VAL4指定指定Xg,Yg,Zg 是单元积分点的总体笛卡尔坐标位置是单元积分点的总体笛卡尔坐标位置P2,P3,P4 分别是总体分别是总体X,Y,Z 坐标的坡度，如果不填缺省为坐标的坡度，如果不填缺省为P1正值作

9、用到单元里正值作用到单元里(沿单元坐标沿单元坐标-Z向向)XgP2Xg=0P1使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元面面4(续续):例如例如,在总体坐标的在总体坐标的X向施加渐变的向施加渐变的200到到1000的压力的压力,X值变化值变化范围为范围为 -2 到到+2:斜率斜率 P2=(1000-200)/4=200;P3=0;P4=0P1 是是Xg=0的值的值,计算为计算为P1=2(200)+200=600sfe,eflat,4,pres,600,200,0,0使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元面面 5幅值为幅值为P1 的矢量相关压力的矢量相关压力方向方向=P2,P3,P4 现代表

10、矢量的方向余弦，对幅值没有贡献现代表矢量的方向余弦，对幅值没有贡献例如例如:sfe,eflat,5,pres,1000,-1-1,0 定义在定义在XY平面内平面内45度方向度方向的压力的压力使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元面面 5(续续):矢量相关的压力幅值还与矢量相关的压力幅值还与KEYOPT(11)的设定相关的设定相关KEYOPT(11)=0(缺省缺省)及及1 施加压力到表面效应单元的投影面施加压力到表面效应单元的投影面上上对螺栓载荷很有益处（对螺栓载荷很有益处（pin loading）例如例如:sfe,ecurv,5,pres,1000,0,-1,0 定义曲面上的螺栓载荷，定义

11、曲面上的螺栓载荷，如下的后处理云图如下的后处理云图使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元KEYOPT(11)=2 施加压力到整个表面上施加压力到整个表面上用于倾斜的表面用于倾斜的表面(如屋顶如屋顶)或风载或风载例如例如:sfe,eslope,5,pres,1000,0,-1,0 定义均匀、完全的压力定义均匀、完全的压力到倾斜表面的所有面上，如下所示到倾斜表面的所有面上，如下所示使用单元使用单元.表面效应单元表面效应单元表面效应单元的其他应用表面效应单元的其他应用:实体单元的扭转载荷实体单元的扭转载荷借助修改的单元坐标系施加切向的压力借助修改的单元坐标系施加切向的压力用于轴和螺栓用于轴和螺栓热应用热应用(SURF151&152)有很多功能有很多功能,包括包括:一维管单元一维管单元FLUID116的热和质量传输的热和质量传输易于计算通过一个表面的热损失易于计算通过一个表面的热损失(或获取或获取)辐射辐射