【ANSYS命令流】结构分析单元与材料模型

结构单元功能与特性

杆单元

杆单元适用于模拟桁架，绳索，链杆、弹簧等构件。

该类单元只能承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有平动自由度。

LINK10属于非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线载荷，仅有集中质量方式。
LINK180无实常数型应变，但可输入初应力文件。

梁单元

梁单元是一类轴向拉压、弯曲、扭转的3D单元。

此类单元除BEAM189为3节点外，其余均为2节点。

管单元

管单元是一类轴向拉压、弯曲和扭转的3D单元，单元的每个节点均具有6个自由度。

管单元计入了剪切变形的影响，并可考虑应力增强系数和挠曲系数。

2D实体单元

2D实体单元是一类平面单元，可用于平面应力、平面应变和轴对称问题的分析。

PLANE2的插值函数取完全的二次多项式，是协调元。PLANE42采用双线性位移模式，是协调元。
PLANE42和PLANE82 是高阶单元，采用3次插值函数，当退化时与PLANE2相同。
PLANE183是PLANE182的高阶单元，与PLANE82的插值函数相同，可退化为6节点三角形。

P单元的插值函数可为2-8次，其中PLANE145是8节点四边形单元，PLANE146是6节点的三角形单元。

平面应力输入单元厚度时，施加的分布载荷不是线载荷（力/长度），而是载荷（力/面积）。

3D实体单元

3D实体单元用于模拟三维实体结构，此类单元每个节点均有三个平动自由度。

壳单元

壳单元可以模拟平板和曲壳一类结构。壳元比梁元和实体元要复杂得多。

弹簧单元

一类专门模拟“弹簧”行为的单元，主要用于模式铰销、轴向弹簧及其控制行为。

质量单元

MASS21为具有6个自由度的点单元。该单元无面载荷和体载荷，支持弹性、大变形和单元生死。

接触单元

ANSYS支持三种接触方式，即点对点、点对面和面对面的接触，接触单元是覆盖在模型单元的接触面上的一层单元。

面面单元用于模拟面对面的接触行为，支持低阶和高阶单元，支持大变形等。

矩阵单元

MATRIX27、MATRIX50，可模拟任意类型单元。

表面效应单元

SURF153、SURF154可用于各种载荷及表面效应的情况，可覆盖于任何二维和三维结构实体单元表面。

预紧、多点约束、网分单元

PRETS179为预紧单元，可由任意结构单元建立。

MPC184为多点约束单元，适用于使用拉格朗日乘子具有运动约束的情况。

MESH200是仅用来划分网格的单元，对计算结果无影响。

使用EMODIF命令可以将该单元转换为其他单元类型。

材料模型

ANSYS结构材料属性有线性、非线性、密度、热膨胀、阻尼、摩擦系数、特殊材料等7种。

线弹性材料特性有各向同性、正交各向异性、各向异性三种。

非线性材料的具体相关分析，可以参考这篇材料非线性分析博客。

参考文献

【1】ANSYS 工程结构数值分析
【2】ANSYS 参数化编程与命令手册

后记

由于几何建模和网格划分几乎完全可以通过Workbench平台完成，因此我们下一步直接学习加载和求解的相关命令流。