ANSYS中单元类型的选择

ANSYS中单元类型的选择单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam)？这个比较容易理解。杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这是杆单元的基本特点。梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩，肯定不能选杆单元。对于梁单元，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：1)beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。2)beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。3)beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。2.对于薄壁结构，是选实体单元还是壳单元？对于薄壁结构，最好是选用shell单元，shell单元可以减少计算量，如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了。而且，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。实际工程中常用的shell单元有shell63,shell93。shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。对于一般的问题，选用shell63就足够了。除了shell63,shell93之外，还有很多其他的shell单元，譬如shell91,shell131，shell163等等，这些单元有的是用于多层铺层材料的，有的是用于结构显示动力学分析的，一般新手很少涉及到。通常情况下，shell63单元就够用了。3.实体单元的选择实体单元类型也比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45,solid92,solid185,solid187这几种。其中把solid45,solid185可以归为第一类，他们都是六面体单元，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同,(SOLID185还可以用于不可压缩超弹性材料)。Solid92,solid187可以归为第二类，他们都是带中间节点的四面体单元，单元的主要功能基本相同。实际选用单元类型的时候，到底是选择第一类还是选择第二类呢？也就是到底是选用六面体还是带中间节点的四面体呢？如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元；如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。新手最容易犯的一个错误就是选用了第一类单元类型(六面体单元)，但是，在划分网格的时候，由于结构比较复杂，六面体划分不出来，单元全部被划分成了四面体，也就是退化的六面体单元，这种情况，计算出来的结果的精度是非常糟糕的，有时候即使你把单元划分的很细，计算精度也很差，这种情况是绝对要避免的。六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的，他们的区别在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体，但是，由于每个单元有10个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。前面把常用的实体单元类型归为2类了，对于同一类型中的单元，应该选哪一种呢？通常情况下，同一个类型中，各种不同的单元，计算精度几乎没有什么明显的差别。选取的基本原则是优先选用编号高的单元。比如第一类中，应该优先选用solid185。第二类里面应该优先选用solid187。ANSYS的单元类型是在不断发展和改进的，同样功能的单元，编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增强。对于实体单元，总结起来就一句话：复杂的结构用带中间节点的四面体，优选solid187，简单的结构用六面体单元，优选solid185。结构静力学中常用的单元类型类别形状和特性单元类型杆普通双线性LINK1,LINK8LINK10梁普通截面渐变塑性考虑剪切变形BEAM3,BEAM4BEAM54,BEAM44BEAM23,BEAM24BEAM188,BEAM189管普通浸入塑性PIPE16,PIPE17,PIPE18PIPE59PIPE20,PIPE602-D实体四边形三角形超弹性单元粘弹性大应变谐单元P单元PLANE42,PLANE82,PLANE182PLANE2HYPER84,HYPER56,HYPER74VISCO88VISO106,VISO108PLANE83,PPNAE25PLANE145,PLANE1463-D实体块四面体层各向异性超弹性单元粘弹性大应变P单元SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185SOLID92,SOLID72SOLID46SOLID64,SOLID65HYPER86,HYPER58,HYPER158VISO89VISO107SOLID147,SOLID148壳四边形轴对称层剪切板P单元SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181SHELL51,SHELL61SHELL91,SHELL99SHELL28SHELL150把收集到得ANSYS单元类型向大家交流下。Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。每个自由度的质量和惯性矩分别定义。Link1可用于各种工程应用中。根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。X,y,方向。铰接，没有弯矩。Link8可用于不同工程中的杆。可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。3维杆元素是单轴拉压元素。每个点有3个自由度。X,y,z方向。作为铰接结构，没有弯矩。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。Link103维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。该元素是shell41的线形式，keyopt(1)=2,’cloth’选项。如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8和pipe59）代替。当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。在这种情况下，要用其他的元素或在link10中使用‘显示动力’技术。Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。具有应力强化和大变形能力。Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。X,y,z方向。没有弯扭荷载。Link180可用于不同的工程中。可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。X,y,z方向。作为胶接结构，不考虑弯矩。具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。link180在任何分析中都包括应力强化项(分析中，nlgeon,on)，此为缺省值。支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化塑性，希尔各向异性塑性，chaboche非线性硬化塑性和徐变等。Beam3单轴元素，具有拉，压，弯性能。在每个节点有3个自由度。X,y,方向以及绕z轴的旋转。Beam4是具有拉压扭弯能力的单轴元素。每个节点有6个自由度，x,y,z,绕x,y,z轴。具有应力强化和大变形能力。在大变形分析中，提供了协调相切劲度矩阵选项。Beam23单轴元素，拉压和受弯能力。每个节点有3个自由度。该元素具有塑性，徐变，膨胀能力。如果这些影响都不需要，可使用beam3，2维弹性梁。Beam243维薄壁梁。单轴元素，任意截面都有拉压、弯曲和St.Venant扭转能力。可用于任何敞开的和单元截面。该元素每个节点有6个自由度：x,y,z和绕x,y,z方向。该元素在轴向和自定义的截面方向都具有塑性，徐变和膨胀能力。若不需要这些能力，可用弹性梁beam4或beam44。Pipe20和beam23也具有塑性，徐变和膨胀能力。截面是通过一系列的矩形段来定义的。梁的纵轴向方向由第三个节点指明。Beam443维弹性锥形不对称梁。单轴元素，具有拉压扭和弯曲能力。该元素每个节点有6个自由度：x,y,z和绕x,y,z方向。该元素允许每个端点具有不均匀几何特性，并且允许端点与梁的中性轴偏移。若不需要这些特性，可采用beam4。该元素的2维形式是beam54。该元素也提供剪应变选项。还提供了输出作用于单元上的与单元同方向的力的选项。具有应力强化和大变形能力。Beam54单轴元素，拉压和受弯能力.每个节点有3个自由度。该元素允许在端点有不均匀几何性质。允许端点偏移梁的轴心。无塑性徐变或膨胀能力。有应力强化能力。剪切变形和弹性基础影响也体现在选项中。还可打印作用于元素上的沿元素方向的力。Beam1883维线性有限应力梁。适用于分析短粗梁结构。该元素基于timoshenko梁理论。包括剪应变。Beam188是一个三维线性（2节点）梁。每个节点有6或7个自由度，具体依赖于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0为每个节点6个自由度。包括x,y,z方向和绕x,y,z方向。＝1还考虑了扭转自由度。该元素适用于线性，大旋转和大应变非线性。包括应力强化项在任何分析中，都缺省为nlgeom=on.。该选项为元素提供了分析曲屈、侧移和扭转的能力。Beam1893维二次有限应力梁。适用于分析短粗梁结构。该元素基于timoshenko梁理论。包括剪应变。Beam189是一个三维二次（3节点）梁。每个节点有6或7个自由度，具体依赖于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0为每个节点6个自由度。包括x,y,z方向和绕x,y,z方向。＝1还考虑了扭转自由度。该元素适用于线性，大旋转和大应变非线性。包括应力强化项在任何分析中，都缺省为nlgeom=on.。该选项为元素提供了分析曲屈、侧移和扭转的能力。Plane22维6节点3角形结构实体。具有二次位移，适用于模拟不规则网格。该元素有6个结点定义，每个节点2个自由度，分比为x，y方向。可将其用于平面单元（平面应力或平面应变）或是轴对称单元。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。Plane25轴对称协调4节点结构体。用于承受非轴对称荷载的2维轴对称结构。如弯曲，剪切或扭转。该元素由4个节点定义，每个节点3个自由度：x,y,z方向。对于非扭转节点，这3个方向分别代表半径，轴向和切线方向。给元素是plane42的一般模式，2为结构单元，和在不一定为轴对称。Plane422维实体。该元素即可用于平面单元（平面应力或平面应变）也可用于轴对称单元。该元素由4个节点定义，每个节点2个自由度：x,y方向。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。Plane82二维8节点实体。该元素是plane42的高次形式。它为混合（四边形－三角形）自动网格划分提供了更精确的求解结果，并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。8节点元素具有位移协调形状，适用于模拟弯曲边界。该元素由8个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。可用于平面单元也可用于轴对称单元。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。并提供不同的输出选项。Plane83二维8