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solid95


SOLID95 三维 20 节点实体结构单元 SOLID95 单元说明: SOLID95 是比 三维 8 节点 SOLID45 单元更高的命令版本。 它可以接受不规则的形状, 并且不损失精度。SOLID95 单元具有协调的位移函数并且能很好的模拟边界曲线。 单元通过 20 个节点来定义, 每个节点有 3 个自由度: 转化为节点坐标系下的 X,Y,Z 方 向。单元也可有任何的空间定

位。SOLID95 单元具有塑性,蠕变,应力强化,大变形 和大应变等能力。详情请参考 ANSYS, Inc. Theory Reference 里面的 SOLID95。 SOLID95 输入数据: 图 95.1“SOLID95 Geometry”显示了单元的几何形状,节点位置,坐标系。通过分别 给节点 K、L、 S;节点 A、B,节点 O、P、W 定义相同的节点编号可以产生一个棱柱 形状的单元。当然也可以形成如图 95.1 所示的四面体单元和棱锥体单元,同此单元相 类似的是 10 节点四面体 SOLID92 单元。 除了节点以外,单元的输入数据还应包括正交各向异性的材料特性。正交各向异性材 料的方向与单元坐标方向一致。至于单元坐标系的方向在 Coordinate Systems 中有所 描述。 在单元面上,也就是如图 95.1 所示的由圆圈所围数字标注的面上,施加压力作为面荷 载。正压力在单元内部起作用。温度可以作为单元体荷载在节点上输入。节点 I 的温 度 T(I)默认为 TUNIF。如果其它所有的温度未被定义的话,则统统默认为 TUNIF。如 果所有的角节点温度以定义的话,则每一个中间节点的温度默认为其相邻两角节点温 度的平均值。对于任何其他的输入温度式样,未定义的温度默认为 TUNIF。 当设置 KEYOPT(1) = 1 时,材料属性的定向如同壳单元(用通过中间节点 Y-Z-A-B 的 面) 。 单元的 Z 轴垂直与这个平面,单元的 X 轴则通过在这个平面上投影 X 轴便可确定。 如果需要的话,可通过一个可供选择的实常数 THETA 来对 X 轴进行调整。但 THETA 在荷载步之间不能改变。 通过 LUMPM 命令可获得一个集中质量矩阵的形式, 这个集中质量矩阵在某些分析中 是非常有用的在大多数的应用中,调和矩阵给出了很好的结果,然 而KEYOPT(5) 和 (6)参数给出了各种单元输出选项。 你可以通过 ISTRESS 或者 ISFILE 命令给单元施加初始应力状态。详情请参考 ANSYS Basic Analysis Guide 中的 Initial Stress Loading。可以设置 KEYOPT(9) = 1 交替 地从使用者子程序 USTRESS 中读取初始应力。更多关于使用者子程序地细节,请参 考 Guide to ANSYS User Programmable Features. 可以使用 SOLCONTROL,,,INCP 命令可以把压力荷载刚度地影响考虑在内。如果在 一个不对称矩阵中需要考虑压力荷载刚度影响的话,用 NROPT,UNSYM.命令。 "SOLID95 Input Summary"给出了单元输入的概要, Element Input 则对单元输入给出 了全面的描述。 SOLID95 输入摘要: 节点:I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z, A, B 自由度:UX, UY, UZ 实常数:THETA-X 轴调整(仅当 KEYOPT(1) = 1) 材料属性:弹性模量,线膨胀系数,泊松比,密度,坐标系,阻尼。 面荷载: 压力-面 1 (J-I-L-K),面 2(I-J-N-M),面 3 (J-K-O-N)

面 4 (K-L-P-O),面 5(L-I-M-P),面 6(M-N-O-P) 体荷载: 温度-T(I), T(J), ..., T(Z), T(A), T(B) 特性: 塑性 蠕变 膨胀 应力强化 大变形 大应变 单元生死 自适应下降 初始应力输入 KEYOPT(1): 单元坐标系: 0-默认 1-用中间节点(Y-Z-A-B)产生的与 Z 轴垂直并且 X 轴在其上投影的平面给材料属 性定向。 KEYOPT(5): 额外单元输出: 0-基本要素输出 1-重复所有积分点的基本解 2-节点应力输出 KEYOPT(6): KEYOPT(6) 额外面输出: 0-基本要素输出 1-面 I-J-N-M 的表面打印输出 2-面 I-J-N-M 和面 K-L-P-O 的表面打印输出 (表面打印输出仅对线性材料有效) 3-对每个积分点进行非线性打印输出 4-对非零压力面进行表面打印输出 KEYOPT(9): 初始应力子程序选项(仅通过在 KEYOPT 命令中输入指令才可得到) 0-使用者子程序不提供初始应力(默认) 1-从使用者子程序 USTRESS 中读入初始应力 KEYOPT(11): 整合准则: 0-无缩减整合(默认) 1-为块状物提供 2 x 2 x 2 缩减整合选项 SOLID95 输出数据: 单元解的输出有两种形式: 包含在全部节点解中的节点位移 如表 95.1“SOLID95 单元输出定义”所示的额外单元输出 图 95.2“SOLID95 应力输出”阐述了以下几点:

单元应力方向与单元坐标轴方向平行。表面应力是在表面坐标系输出的,并且对于任 何面都是可以得到的。面 I-J-N-M 和面 K-L-P-O 的坐标系如图 95.2 “SOLID95 应力 输出”所示。 另一个表面的坐标系遵循相似的如压力面节点描述所指出的方向。表面打印输出仅在 满足 Element Solution 中所描述的情况下有效。SXY 分量是在此面上的剪切应力。 Solution Output 中给出有关解的输出的全面介绍。参考 ANSYS Basic Analysis Guide 可获得查看结果的 路径。 单元解的输出定义表用到以下符号: 在名称列表中的冒号表明该项可用分量名称方法[ETABLE, ESOL]处理,列表中的 O 表示该项在文件 Jobname.OUT 中是有效的,列表中的 R 表明该项在结果文件中是有效 的。 在 O 或者 R 的列表中,Y 表明该项总是有效的,涉及表的脚注的数字表明该项有效是 有条件的,-表明该项无效。 95.1“SOLID95 单元解输出定义” 单元解输出定义” 表 95.1 : Name EL CORNER NODES MAT VOLU: XC, YC, ZC PRES Definition 单元号码和名称 节点- 节点-I, J, K, L, M, N, O, P 材料号码 体积 结果输出的位置 在节点 J, I, L, K 上的压力 P1,节点 I, J, N, M 上的压力 P2, 节点 J, K, O, N 上的压力 P3,节点 K, L, P, O 上的压力 P4, 节点 L, I, M, P 上的压力 P5, 节点 M, N, O, P 上的 压力 P6。 TEMP S:X, Y, Z, XY, YZ, XZ S:1, 2, 3 S:INT S:EQV EPEL:X, Y, Z, XY, YZ, XZ EPEL:1, 2, 3 EPEL:EQV EPTH:X, Y, Z, XY, YZ, XZ EPTH:EQV EPPL:X, Y, Z, XY, YZ, XZ EPPL:EQV EPCR:X, Y, Z, XY, YZ, XZ EPCR:EQV 当量蠕变应变 1 1 当量塑性应变 平均蠕变应变【 】 平均蠕变应变【6】 1 1 1 1 当量热应变 平均塑性应变【 】 平均塑性应变【6】 1 1 1 1 主弹性应变【 】 主弹性应变【6】 当量弹性应变 平均热应变【 】 平均热应变【6】 1 1 Y Y 温度 T(I), T(J), ..., T(Z), T(A), T(B) 应力 主应力 应力强度 当量应力 弹性应变 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y - O Y Y Y Y Y Y R Y Y Y 5 Y Y

EPSW: NL:EPEQ NL:SRAT NL:SEPL NL:HPRES FACE AREA TEMP EPEL(X, Y, XY) PRES S(X, Y, XY) S(1, 2, 3) SINT SEQV FC1, ..., FC6, FCMAX

膨胀应变 平均当量塑性应变 试验应力与屈服应力的比值 应力-应变曲线上的平均当量应力 应力- 静水压力 面标号 面积 面平均温度 面平均温度 表面弹性应变 表面压力 表面应力 表面主应力 表面应力强度 表面当量应力 在没一个积分点处的失效准则值和最大极 限值

1 1 1 1 - 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3

1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 -

FC VALUE LN EPELF(X, Y, Z, XY, YZ, XZ) SF(X, Y, Z, XY, YZ, XZ) LOCI:X, Y, Z

失效准则号码 对于此准则的最大极限值 最大极限产生处的层号码 对于此准则, 对于此准则,造成最大极限值的单元弹性 应变 对于此准则, 对于此准则,造成最大极限值的单元应力 积分点位置

4 4 4 4

Y Y Y Y

4 -

Y

Y

1:非线性解(仅当单元具有非线性材料时输出) :非线性解(仅当单元具有非线性材料时输出) 2:表面打印输出(当 KEYOPT(6) 等于 1, 2, or 4 ) :表面打印输出( 3:当 KEYOPT(1) = 1, KEYOPT (5) = 1 时输出,失效准则通过(TB,FAIL)被指定 4:失效准则计算的摘要。为每一个失效准则和最大极限准则输出弹性应变和应力。 仅当 KEYOPT(1) = 1 并且失效准则被指定时输出。 5:当位于质心且作为*GET 命令中的一项时有效 6:等效应变所用的有效的泊松比:对于弹性和热分析,此值用户可用 (MP,PRXY)来 设置;对于塑性和蠕变,此值设为 0.5。 各种单元输出: 表 95.2 SOLID95 各种单元输出: Description 非线性积分点解 积分点应力解 节点应力解 Names of Items Output EPPL, EPEQ, SRAT, SEPL, O 1 R - - -

HPRES, EPCR TEMP, S, SINT, SEQV, EPEL TEMP, S, SINT, SEQV, EPEL 2 3

1:如果单元具有非线性材料并且 KEYOPT(6) = 3 时,在每个积分点输出 : 2:如果 KEYOPT(5) = 1,在每个积分点输出 3:如果 KEYOPT(5) = 2,输出在每个节点 表 2.3“PLANE 2 项目和序号”列出了通过 ETABLE 命令,利用项目序号法的有效输 出, 想了解更多信息, 请参考 See The General Postprocessor (POST1) of the ANSYS Basic

Analysis Guide and The Item and Sequence Number Table 。表 2.3 用到了以下符号: Name: 在表 95.1 中定义的输出量值 Item: 为 ETABLE 命令预先规定的项目标号 I,J,...,P: 在节点 I,J,...,P 的数据所对应的编号

表 95.3 SOLID95 项目序号表 Output ETABLE and ESOL Command Input
Quantity Name P1 P2 P3 P4 P5 P6 S:1 S:2 S:3 S:INT S:EQV SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC 2 5 18 1 2 3 4 5 1 6 9 6 7 8 9 10 4 10 13 11 12 13 14 15 3 14 17 16 17 18 19 20 8 19 21 21 22 23 24 25 7 12 22 26 27 28 29 30 11 16 23 31 32 33 34 35 15 20 24 36 37 38 39 40 Item I J K L M N O P

以下的输出项仅当 KEYOPT(1) = 1 并且失效准则信息(TB,FAIL)被指定时可用。 Output Name FCMAX VALUE FC VALUE LN (=1) EPELFX EPELFY EPELFZ EPELFXY EPELFYZ EPELFXZ SFX SFY SFZ SFXY SFYZ SFXZ Quantity ETABLE and ESOL Command Input Item NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC Number 61 62 62 + 15(N-1) + 1 62 + 15(N-1) + 2 62 + 15(N-1) + 3 62 + 15(N-1) + 4 62 + 15(N-1) + 5 62 + 15(N-1) + 6 62 + 15(N-1) + 7 62 + 15(N-1) + 8 62 + 15(N-1) + 9 62 + 15(N-1) + 10 62 + 15(N-1) + 11 62 + 15(N-1) + 12 62 + 15(N-1) + 13 62 + 15(N-1) + 14 62 + 15(N-1) + 15

说明:N 所涉及的是失效准则的编号:N=1 是对于第一失效准则,N=2 是对于第二

失效准则。 有关 SOLID95 单元的假定和限制: 单元的体积不能为零 单元不能受扭以至于单元分成两部分,单元未被合适的编号时,这是经常发生的。 单元被编号要么如图 95.1 所示,要么使平面 IJKL 和平面 MNOP 相交换。 远离中间节点的边上的位移沿着此边线性变化,而非抛物线变化。 对退化成锥形的单元,应用时要谨慎。退化时,为了使应力梯度降至最低,单元的形 状应该小一些。锥形单元最好用作填充单元或者用在网格过渡区域。 的产品限制: 有关 SOLID95 的产品限制: 当用到现面所列的产品时,除了前面部分给出的假定和限制外,决定了产品特性的限 制对单元也是适用的。 阻尼材料特性不被允许 唯一有效的特性是应力强化 KEYOPT(6) = 3 不可用。


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