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HYPER56 名称 HYPER56— 二维 4 节点带有混合 u-P 方程的超弹性实体单元 有效产品:MP ME ST <> <> <> <> <> <> PP ED HYPER56 单元说明 HYPER56 适用于 2-D 实体超弹性结构建模。混合 u-P 方程(位移-压力)在使用 静水压力的混合变更原则

下允许所形成的单元矩阵承受不可压缩性约束。 它应用 于具有任意大位移和大应变的近似不可压缩的橡胶类材料。 该单元即可用做二维 平面单元(平面应变) ,又可用做轴对称的环形单元。单元定义有四个节点。平 面应变选项在每一个节点处有 2 个自由度:节点 x 和 y 方向的平移。轴对称选项 在每一个节点处有 1 个附加自由度: 模型中所允许的扭矩带来节点 z 方向的平移。 超弹性本构方程是非线形的, 需要迭代求解。为了能够在每一子步中更新几何参 数, 大变形必须激活[NLGEOM]。 关于这个单元更多内容参看 ANSYS 理论手册 14.56 节。
图 56.1 HYPER56 单元形状(略)

HYPER56 输入数据

在图 56.1 中给出了这个单元几何形状,节点位置和坐标系统。这个单元包 括 4 个节点、 各向同性的材料属性和定义 Mooney-Rivlin 应变能函数的材料常数。 应 变 能 函 数 也 可 以 使 用 用 户 子 程 序 USRMOONEY 来 定 义 , 并 通 过 设 置 KEYOPT(7) = 1 来读取。Mooney-Rivlin 应变能函数广泛适用于各种近似不可压 缩 的 橡 胶 和 橡 胶 类 材 料 。 它 是 用 泊 松 比 和 材 料 常 数 ( 使 用 TBDATA 或 *MOONEY 命令输入)来描述,这些参数也可以是温度的函数。对于 TBDATA 命令的输入,参看 Data Tables - Implicit Analysis。 单元载荷在 Node and Element Loads(节点和单元载荷)中说明。压力可用 作表面载荷作用在图 Figure 56.1: "HYPER56 Geometry"中带有圆圈的数字所示的 单元面上,正压力作用在单元上。温度可作为单元体载荷施加在节点上。节点 I 的温度 T(I)默认为 TUNIF。如果没有其它的温度指定,它们默认为 T(I)。对 于其它输入的格式,未指定的温度默认为 TUNIF。 对于平面应变分析,节点力应以单位深度的值来输入;对于轴对称分析,节 点力应以 360 度的基础值来输入。单元坐标系的方位在 Coordinate Systems 中描 述。 单元输入的概要在"HYPER56 Input Summary"给出。单元输入总的描述在 Element Input 给出。对于轴对称应用,参见 Axisymmetric Elements。

HYPER56 输入概要 节点:I,J,K,L 自由度: 若 KEYOPT(3)=0: UX,UY 若 KEYOPT(3)=1: UX,UY,UZ 实参数:无 材料特性: Mooney-Rivlin 函数, PRXY (或 NUXY) ALPX , (或 CTEX 或 THSX) , DENS, DAMP。 面载荷 压力:面 1 (J-I),面 2 (K-J),面 3 (L-K),面 4 (I-L) 体载荷 温度: T(I), T(J), T(K), T(L) 特殊特性 大变形,大应变 KEYOPT(3) 单元特性 0,2— 平面应变 1— 轴对称 KEYOPT(4) 单元坐标系 0— 单元坐标系平行于总体坐标系 1— 单元坐标系基于无形变的单元 I-J 边 KEYOPT(5) 附加单元输出 0— 基本单元解 1— 对所有的积分点重复基本的单元解 2— 节点应力解 KEYOPT(7) 应变能函数 0— Mooney-Rivlin 应变能函数 1— 由用户子程序 USRHYP 定义的应变能函数 提示:关于 USRMOONEY 的更多信息参见 Guide to ANSYS User rogrammable Features。 KEYOPT(8) 材料稳定性检查 0— 没有稳定性检查 1— 检查材料的稳定性 HYPER56 输出数据 与单元有关的结果输出有两种形式: 1 包括在整个节点解中的节点自由度。 2 附加的单元输出,见表 Table 56.1: "HYPER56 Element Output Definitions"。 在图中 Figure 56.2: "HYPER56 Stress Output"显示了几个输出项。KEYOPT(5)提 供了多方面的输出选项(参见 Element Solution)单元应力方向和单元坐标系统 平行。求解输出总的描述在 Solution Output 中给出。节点的支反力,热流密度, 电流和磁通量可以用 OUTPR 命令打印出来。 在结果输出中给出了对于结果输出的 一般说明。查看的方法见 ANSYS Basic Analysis Guide (ANSYS 基本分析指南) 。 图 56.2 HYPER56 单元输出(略)

这是 KEYOPT(4) = 0 时所示的应力方向。 单元输出定义表使用如下标记: 在名称列表中的冒号表示该项可以用分量名方法[ETABLE, ESOL]访问;O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件;R 列表示该项可用于结果文件。无论 0 或 R 列,Y 表示该项总是可用的,一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该 项的条件;而减号“-”表示该项不可用。 表 1 HYPER56 单元输出定义 名称 EL NODES MAT VOLU: XC, YC 单元号 节点- I, J, K, L 材料号 体积 结果输出点位置 定 义 O Y Y Y Y Y R Y Y Y Y 1

PRES

在节点 J, I 处的压力为 P1, 在节点 K, ; Y J 处的压力为 P2; 在节点 L, K 处的压力 为 P3 ;在节点 I,L 处的压力为 P4

Y

TEMP

输入温度 T(I), T(J), T(K), T(L)

Y

Y

S:X, Y, Z, XY,YZ, 应力分量 XZ S:1, 2, 3 S:INT 主应力 应力强度

Y Y Y

Y Y Y

S:EQV EPEL:X, Y, Z, XY, YZ,XZ EPEL:EQV EPTH:X, Y, Z, XY, XZ EPTH:EQV NL:HPRES

等效应力 弹性应变 等效应变[2] 平均热应变 等效热应变[2] 静水压力

Y Y Y -

Y Y Y Y Y Y

1 只有在单元质心,作为 *GET 项时可用。 2 等效应变使用了一个有效的泊松比:对于弹性和热分析,这个值由由用户设定 (MP,PRXY)。

表 56.2 HYPER56 其它的单元输出 描述 积分点处应力解 节点应力解 输出量名称 LOCATION, TEMP, S, SINT, SEQV, EPEL TEMP, S, SINT, SEQV O R 1 2 -

1. 如果 KEYOPT(5) = 1,输出的是每个积分点处的值。 2. 如果 KEYOPT(5) = 2,输出的是每个节点处的值。 提示:对于 KEYOPT(1) = 0 的轴对称输出解, X, Y, Z 和 XY 应力、应变输出各自相对于径 向、轴向,环向和平面内剪切应力、应变。

表 56.3:“ HYPER56 输出项和序列号”列出了可以通过 ETABLE 命令,采用序 列号方法输出的内容列表。 更多的信息参见本手册 ANSYS Basic Analysis Guide 中的 The General Postprocessor (POST1)和 The General Postprocessor (POST1)。 在表 56.3: HYPER56 输出项和序列号”中使用如下标识符: “ Name 与表 56.1 “HYPER56 单元输出定义”中相同定义的输出量; Item 用于 ETABLE 命令的预先定义的输出项; I,J,K,L 节点 I,J, K,L 处数据的序列号。 表 56.3 HYPER56 输出项和序列号 输出量名称 Item P1 P2 P3 P4 SMISC SMISC SMISC SMISC 7 2 ETABLE and ESOL 命令输出 I 1 4 3 6 5 8 J K L -

输出量名称 Item STFLAG S:1 S:2 S:3 S:INT S:EQV SMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC

ETABLE and ESOL 命令输出 I 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 J K L

HYPER56 假设与限制 · 单元的面积必须为正值。 ·如图 Figure 56.1: "HYPER56 Geometry"所示,HYPER56 单元必须位于总体 坐标的 X-Y 平面中, 对于轴对称分析 Y 轴必须是对称轴, 轴对称结构必须在 X ≥0 象限建模; ·材料特性在节点温度平均值处评估。 产品限制 对于这个单元没有特别的产品应用限制。


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