23ansys高級非線性培訓手冊-資料下載頁

【導讀】本章主要討論18x系列的單元。超越過去的ANSYS版本,18x單元已成。為非線性應用中選擇的單元。對18x單元，材料和單元技術已經分開。這就提供了一個更小的單元庫，可作為一個“工具箱”，用于處理不同情況和各種本構模型。體積或彎曲占優的問題。彈性，塑性或超彈性。非線性求解的效率。薄’或‘中等厚’的殼/梁。這章包括下列主題:. –SOLID45和PLANE42是低階完全積分的傳。–SOLID95是高階完全積分傳統位移公式的例子。這實際上是14點積分公式而不是3x3x3積分方案,以后會討論。回顧積分點的一些重要細節:. –在積分點計算應力和應變。它們由自由度導出。例如可以由位移通過下式確定。右圖所示為2x2積分的四結點四邊形單元，紅色為積分點。

　　

【正文】 h anc ed St rain P res s ure D OFP LAN E18 2 8 1 3P LAN E18 3 16 3 N / ASO LI D 185 24 1 4SO LI D 186 60 4 N / ASO LI D 187 30 1 or 4 N / AAdvanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC60 單元技術 ... Lagrange 乘子 UP ? 因為 Lagrange 乘子 (內部自由度 P) 保留在組合剛度矩陣中，直接求解器必須 和該公式一起使用，迭代求解器如 PCG 不能處理零對角線，出于穩定性考慮建議使用波前求解器代替稀疏求解器。 ? 當壓力自由度數 (Np) 比活動 (無約束 )位移自由度 (Nd) 數大時，這是過度約束模型，會導致鎖定。理想情況是 , Nd/Np 的比率對 2D 問題 為 2/1， 對 3D 問題為 3/1。 過度約束模型可用網格細化來克服 , 尤其在沒有位移邊界條件的區域。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC61 單元技術 ... Lagrange 乘子 UP ? 對完全不可壓縮問題，如果所有的邊界結點有指定的位移，則不存在唯一解。這是因為靜水壓力 (內部自由度 ) 獨立于變形。靜水壓力需要由力 /壓力 邊界條件決定。 沒有這個條件，就不能計算靜水壓力 – 即沒有唯一解。若出現這種情況，補救辦法是讓至少一個結點沒有施加邊界條件。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC62 單元技術 ... 混合 UP 公式 ? 總之 , 對幾乎和完全不可壓縮材料 , ANSYS 提供了豐富的應用混合 UP 公式的單元技術庫。 – 對幾乎不可壓縮超彈材料，用 HYPER56, 58, 74, 158 或混合 UP 18x 系列單元。 – 對幾乎不可壓縮彈塑材料，用 18x系列的混合 UP 公式或 VISCO106108 單元。 – 對完全不可壓縮超彈材料，用 18x單元的混合 UP公式。 ? 前面部分中討論過， 18x 單元中的混合 UP 公式可以和其它單元公式結合。 – 混合 UP 本身能解決體積鎖定問題 – 對 18x 單元 , 可將混合 UP (KEYOPT(6)0) 和 Bbar, URI或增強應變公式結合。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC63 單元技術 G. 實體單元推薦 ? 傳統單元容易剪切和體積鎖定， ANSYS 中有很多單元技術解決這兩個問題。 – 通常根據模型選擇單元技術，包括彎曲 /體積 變形和材料行為。 ? 只要可能，對非線性問題建議采用 18x 單元，因為 : – 最新的單元技術和 18x 單元結合 ， 包括 Bbar, URI, 增強應變和混合 UP。 – 18x 系列的單元技術和材料技術分開。這些單元具有豐富的本構模型，這在本書的后面討論。這也有助于縮小單元選擇的范圍。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC64 單元技術 ... 實體單元推薦 – 對高階單元 , 缺省時采用 URI。 用戶僅需考慮的是如果材料是完全不可壓縮的，應該采用混合 UP。 – 低階單元選擇 的一些指南如下 : 1 8 x E l e m e nt Fo r m ul a t i onP r os C on s W he n t o U s eB B a r E f f i c i e n t f o r n e a r l y i n c o m p r e s s i b l e , b u l k d e f o r m a t i o n p r o b l e m sM a y b e s u s c e p t i b l e t o s h e a r l o c k i n gB B a r w i t h M i x e d U PE f f i c i e n t f o r f u l l y i n c o m p r e s s i b l e , b u l k d e f o r m a t i o n p r o b l e m sS a m e c o n s i d e r a t i o n s a s a b o v e , p l u s d i r e c t s o l v e r s r e q u i r e d d u e t o M i x e d U PE n h a n c e d S t r a i nW i l l h a n d l e b e n d i n g d o m i n a t e d , n e a r l y i n c o m p r e s s i b l e p r o b l e m s .E x t r a C P U t i m e r e q u i r e d f o r E n h a n c e d S t r a i n t e r m s ( c o n d e n s e d o u t a t e l e m e n t l e v e l )E n h a n c e d S t r a i n w i t h M i x e d U PW i l l h a n d l e b e n d i n g d o m i n a t e d , f u l l y i n c o m p r e s s i b l e p r o b l e m s .S a m e c o n s i d e r a t i o n s a s a b o v e , p l u s d i r e c t s o l v e r s r e q u i r e d d u e t o M i x e d U PURI W i l l h a n d l e s h e a r l o c k i n g a n d n e a r l y i n c o m p r e s s i b l e p r o b l e m s .B e c a u s e o f h o u r g l a s s m o d e s , n o t r e c o m m e n d e d c h o i c eU R I w i t h M i x e d U PW i l l h a n d l e s h e a r l o c k i n g a n d f u l l y i n c o m p r e s s i b l e p r o b l e m s .S a m e c o n s i d e r a t i o n s a s a b o v e , p l u s d i r e c t s o l v e r s r e q u i r e d d u e t o M i x e d U PR e c o m m e n d e d f o r m o s t a n a l y s e s , e s p e c i a l l y b u l k d e f o r m a t i o n p r o b l e m s .R e c o m m e n d e d i f p r o b l e m i s b e n d i n g d o m i n a t e d . I f p r o b l e m h a s s o m e b e n d i n g , u s e w h e n a c c u r a c y i s a n i s s u e .R e c o m m e n d e d c h o i c e o n l y f o r c o m p a t i b i l i t y w i t h L S D Y N A i n i m p l i c i t t o e x p l i c i t o r e x p l i c i t t o i m p l i c i t s i m u l a t i o n s .Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC65 單元技術 ... 實體單元推薦 線性分析和小應變非線性分析 ? 任何具有附加位移形式的第一階四邊形 /六面體單元 (對 PLANE42, SOLID45 在非退化形式中缺省 )。 這些單元對剪切鎖定和幾乎不可壓縮材料行為都有用。 ? 任何第二階單元，尤其是需要四面體網格的 CAD 幾何圖形的 SOLID92 (或 SOLID187)。 高階四邊形 /六面體單元如 PLANE183 或 SOLID186 采用 URI, URI 對克服剪切鎖定和幾乎不可壓縮行為也有用。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC66 單元技術 ... 實體單元推薦 有限應變非線性分析 ? 對大應變的應用，首選低階四邊形 /六面體單元 (不會出現中間結點逆位問題 )。 先用 BBar 法 。 如果剪切鎖定成為問題，用戶可以切換到增強應變。 ? 高階單元 (缺省時用 URI)也可接受。 ? 對 18x 單元，對幾乎或完全不可壓縮分析可以采用混合 UP KEYOPT(6) 與其它技術的結合。 ? 對大應變，需要細化網格和預測大應變區域以確保整個求解過程保持好的單元質量。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC67 單元技術 ... 練習 請參考附加練習題 : ? 練習 2: 體積鎖定 殼和梁單元 第二章 HI節 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC69 單元技術 H. 殼單元 ? 殼單元用于模擬一個方向的尺寸 (厚度 ) 遠小于其它尺寸的結構，尺寸是基于實際結構而非單元大小。 – 實際尺寸通常基于支點 /約束 間距或所關心的模態的波長。 – 長厚比為 20:1 可作為決定使用殼單元的一般準則。 – 假設應力在殼的厚度上可以忽略。 Advanced Structural Nonlinearities Training Manual September 30, 2001 Inventory 001491 TOC70 單元技術 ... 殼單元 ? 下表為 ANSYS 中殼單元的一些區別 : S H E LL 6 3 S H E LL 9 1 , 9 3 S H E LL 1 8 1S h e l l T h e o r y K i r c h h o f f R e i s s n e r / M i n d l i n R e i s s n e r / M i n d l i n T r a n s v e r s e S h e a rN e g l e c t e d I n c l u d e d ( c o n s t a n t t r a n s v e r s e s h e