ansys高级非线性分析二单元技术

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二

单元技术

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本章概述

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Advanced Structural Nonlinearities 6.0

本章主要讨论 18x 系列的单元。超越过去的 系列的单元。超越过去的ANSYS 版本 18x 单 版本, 元已成为非线性应用中选择的单元。 元已成为非线性应用中选择的单元。– 18x 单元包括强大的单元公式和大量的本构模型库。 单元包括强大的单元公式和大量的本构模型库。 对18x 单元，材料和单元技术已经分开。这就提供了一个更小的单 单元，材料和单元技术已经分开。 元库，可作为一个“工具箱” 元库，可作为一个“工具箱”,用于处理不同情况和各种本构模型 。 – SHELL181 和 BEAM188/189 还具有高级的前后处理工具，这些工具 还具有高级的前后处理工具， 是梁和壳单元特有的。 是梁和壳单元特有的。

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... 本章概述 这章的要点是 这章的要点是:

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Advanced Structural Nonlinearities 6.0

– 完全积分的、传统的基于位移的连续单元在一定情形下低估位移 完全积分的、 这称为网格锁定 – 因此，有不同的单元公式来处理这些问题, 基于 因此，有不同的单元公式来处理这些问题 基于: 体积或弯曲占优的问题 结构行为) 体积或弯曲占优的问题(结构行为 结构行为 弹性，塑性或超弹性(材料行为 材料行为) 弹性，塑性或超弹性 材料行为 非线性求解的效率 – 除连续单元外， ANSYS 还有庞大的壳和梁单元库 除连续单元外， 单元选择主要考虑的是基于 ‘薄’ 或 ‘中等厚’ 的壳 梁 中等厚’ 的壳/梁 薄

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... 本章概述 这章包括下列主题 这章包括下列主题:A. 传统的基于位移的连续单元 B. 连续单元中剪切和体积锁定 C. 选择缩减积分 (B-bar) D. 一致缩减积分 (URI) E. 增强应变公式 F. 混合 U-P 公式 G. 对连续单元的一般建议 H. 壳单元 I. 梁单元

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Advanced Structural Nonlinearities 6.0

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A. 传统位移公式

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无附加自由度的完全积分的低阶和高阶单元是传统的基于位移的单 的例子。 元 的例子。– SOLID45 (KEYOPT(1)=1) 和 PLANE42 (KEYOPT(2)=1) 是低阶完全 积分的传统位移公式的例子。 积分的传统位移公式的例子。 – SOLID95 (KEYOPT(11)=0) 是高阶完全积分传统位移公式的例子。 是高阶完全积分传统位移公式的例子。 这实际上是 点积分公式而不是3x3x3 积分方案 以后会讨论。14 这实际上是14点积分公式而不是 积分方案, 以后会讨论。 点积分公式而不是 点积分公式比完全积分方案更有效。 点积分公

式比完全积分方案更有效。

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... 传统位移公式 回顾积分点的一些重要细节 回顾积分点的一些重要细节:– 对任何单元 自由度解 { u} 是在结点求出 对任何单元,

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– 在积分点计算应力和应变。它们由自由度导出。例如可以由位移通过 在积分点计算应力和应变。它们由自由度导出。 下式确定应变: 下式确定应变

{ ε } = [B ]{ u}

[B] 称为应变 位移矩阵 称为应变-

σ, ε

– 后处理结果时，积分点应力/应变值外推或拷贝到结点位置 后处理结果时，积分点应力 应变值外推或拷贝到结点位置

右图所示为 2x2 积分的四结点四边形单元，红色为积分点。 u 积分的四结点四边形单元，红色为积分点。

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... 传统位移公式

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传统的基于位移单元的积分点遵循 Gauss 积分法且和单元的阶数 相同。 相同。这称为完全积分。Element Type Full Integration Order 4 Node Quad 2x2 8 Node Quad 3x3 8 Node Hex 2x2x2 20 Node Hex 3x3x3

换句话说 完全积分意味着数值积分方法对未发生几何扭曲单元的 换句话说, 应变能的所有分量是精确的。 应变能的所有分量是精确的。

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... 传统位移公式

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完全积分、低阶传统位移单元易于发生剪切 和体积锁定，因此很 完全积分、 少使用。 少使用。 完全积分、高阶传统位移单元也易于发生体积锁定。 完全积分、

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B. 剪切和体积锁定 传统的基于位移的单元有两个问题 剪切锁定和体积锁定 传统的基于位移的单元有两个问题: 剪切锁定和体积锁定:

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– 剪切锁定导致弯曲行为过分刚化 (寄生剪切应力 。当细的构件承受弯 寄生剪切应力)。 寄生剪切应力 曲时，这是一种几何特性。 曲时，这是一种几何特性。 – 体积锁定导致过度刚化 响应。当泊松比接近或等于 时，这是一种材 响应。当泊松比接近或等于0.5时 料特性。 料特性。

本章重点讨论用不同单元公式解决这两个问题的方法。主要讨论连 本章重点讨论用不同单元公式解决这两个问题的方法。 实体) 续(实体 单元。 实体 单元。 由于非线性分析花费计算机时间太多，所以有些单元公式也提供了 由于非线性分析花费计算机时间太多， 更有效地解决非线性问题的方法。 更有效地解决非线性问题的方法。

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术

... 剪切锁定

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在弯曲问题中完全积分的低阶单元呈现 “过度刚化”。这个公式包 过度刚化” 过度刚化 含了实际并不存在的剪切应变，称为寄生剪切。 从纯弯曲的梁理 含了实际并不存在的剪切应变，称为寄生剪切。 (从纯弯曲的梁理 论可知剪切应变 γxy = 0.)

y

M

M

x

M

M

微体积纯弯曲变形中， 微体积纯弯曲变形中，平面截面 保持平面，上下两边变成圆弧, 保持平面，上下两边变成圆弧 。 γxy = 0。

完全积分的低阶单元变形中， 完全积分的低阶单元变形中，上下两 边保持直线，不再保持直角， 边保持直线，不再保持直角，γxy 不 为零。 为零。

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... 剪切锁定实例 当长厚比增加时，模型更容易剪切锁定. 当长厚比增加时，模型更容易剪切锁定– 因为寄生的剪切 …… 此处隐藏：3263字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……