Ansys中單元類型選擇

2016-10-17  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

初學(xué)ANSYS的人,通常會被ANSYS所提供的眾多紛繁復(fù)雜的單元類型弄花了眼,如何選擇正確的單元類型,也是新手學(xué)習(xí)時很頭疼的問題。

單元類型的選擇,跟你要解決的問題本身密切相關(guān)。在選擇單元類型前,首先你要對問題本身有非常明確的認(rèn)識,然后,對于每一種單元類型,每個節(jié)點有多少個自由度,它包含哪些特性,能夠在哪些條件下使用,在ANSYS的幫助文檔中都有非常詳細(xì)的描述,要結(jié)合自己的問題,對照幫助文檔里面的單元描述來選擇恰當(dāng)?shù)膯卧愋汀?

這個比較容易理解。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力,桿單元不能承受彎矩,這是桿單元的基本特點。梁單元則既可以承受拉,壓,還可以承受彎矩。如果你的結(jié)構(gòu)中要承受彎矩,肯定不能選桿單元。

對于梁單元,常用的有beam3,beam4,beam188這三種,他們的區(qū)別在于:
1)beam3是2D的梁單元,只能解決2維的問題。
2)beam4是3D的梁單元,可以解決3維的空間梁問題。
3)beam188是3D梁單元,可以根據(jù)需要自定義梁的截面形狀。

對于薄壁結(jié)構(gòu),最好是選用shell單元,shell單元可以減少計算量,如果你非要用實體單元,也是可以的,但是這樣計算量就大大增加了。而且,如果選實體單元,薄壁結(jié)構(gòu)承受彎矩的時候,如果在厚度方向的單元層數(shù)太少,有時候計算結(jié)果誤差比較大,反而不如shell單元計算準(zhǔn)確。

實際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節(jié)點的shell單元(可以退化為三角形),shell93是帶中間節(jié)點的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于帶有中間節(jié)點,計算精度比shell63更高,但是由于節(jié)點數(shù)目比shell63多,計算量會增大。對于一般的問題,選用shell63就足夠了。

除了shell63,shell93之外,還有很多其他的shell單元,譬如shell91,shell131,shell163等等,這些單元有的是用于多層鋪層材料的,有的是用于結(jié)構(gòu)顯示動力學(xué)分析的,一般新手很少涉及到。通常情況下,shell63單元就夠用了。

實體單元類型也比較多,實體單元也是實際工程中使用最多的單元類型。常用的實體單元類型有solid45, solid92,solid185,solid187這幾種。其中把solid45,solid185可以歸為第一類,他們都是六面體單元,都可以退化為四面體和棱柱體,單元的主要功能基本相同,(SOLID185還可以用于不可壓縮超彈性材料)。Solid92, solid187可以歸為第二類,他們都是帶中間節(jié)點的四面體單元,單元的主要功能基本相同。

實際選用單元類型的時候,到底是選擇第一類還是選擇第二類呢?也就是到底是選用六面體還是帶中間節(jié)點的四面體呢?

如果所分析的結(jié)構(gòu)比較簡單,可以很方便的全部劃分為六面體單元,或者絕大部分是六面體,只含有少量四面體和棱柱體,此時,應(yīng)該選用第一類單元,也就是選用六面體單元;如果所分析的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,難以劃分出六面體,應(yīng)該選用第二類單元,也就是帶中間節(jié)點的四面體單元。

新手最容易犯的一個錯誤就是選用了第一類單元類型(六面體單元),但是,在劃分網(wǎng)格的時候,由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,六面體劃分不出來,單元全部被劃分成了四面體,也就是退化的六面體單元,這種情況,計算出來的結(jié)果的精度是非常糟糕的,有時候即使你把單元劃分的很細(xì),計算精度也很差,這種情況是絕對要避免的。

六面體單元和帶中間節(jié)點的四面體單元的計算精度都是很高的,他們的區(qū)別在于:一個六面體單元只有8個節(jié)點,計算規(guī)模小,但是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)很難劃分出好的六面體單元,帶中間節(jié)點的四面體單元恰好相反,不管結(jié)構(gòu)多么復(fù)雜,總能輕易地劃分出四面體,但是,由于每個單元有10個節(jié)點,總節(jié)點數(shù)比較多,計算量會增大很多。

前面把常用的實體單元類型歸為2類了,對于同一類型中的單元,應(yīng)該選哪一種呢?通常情況下,同一個類型中,各種不同的單元,計算精度幾乎沒有什么明顯的差別。選取的基本原則是優(yōu)先選用編號高的單元。比如第一類中,應(yīng)該優(yōu)先選用solid185。第二類里面應(yīng)該優(yōu)先選用solid187。ANSYS的單元類型是在不斷發(fā)展和改進(jìn)的,同樣功能的單元,編號大的往往意味著在某些方面有優(yōu)化或者增強。

對于實體單元,總結(jié)起來就一句話:復(fù)雜的結(jié)構(gòu)用帶中間節(jié)點的四面體,優(yōu)選solid187,簡單的結(jié)構(gòu)用六面體單元,優(yōu)選solid185。

結(jié)構(gòu)靜力學(xué)中常用的單元類型

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