当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

shell63 单元


shell63 单元 当一个 3D 实体结构的厚度不大(相对于长宽尺寸),而且变形是以翘曲为主 时(亦即 out-of-plane 的变形),这种结构称为板壳结构(plates and shells), 此时我们可以用板壳元素(shell element)来 model 这个问题.用 shell 元素(而 不用 solid 元素)来 model 板壳结构主要的优点就是节省计算时间,并且增加解答 精度.这章首先在第 1 节介绍 SHELL63 元素,这是 ANSYS 的古典板壳元素.注意, 虽然 SHELL63 是 2D 的几何形状,但是它是布置在 3D 的空间中,所以板壳结构分析 是 3D 的问题而不是 2D 的问题. 板壳元素的特色是弯曲通常主宰其行为,譬如其应力通常大部份来自于弯曲 应力,就如同梁结构一样.事实上,板壳元素和梁结构非常相似,主要的差异在于 板壳元素承受双向弯曲,而梁元素只有单向的弯曲.诱导板壳元素的过程也和梁 元素非常相似.当一片薄板承受弯曲时,原来是平面的一个断面,弯曲后还是假设 维持一个平面,换句话说,剪力变形假设可以忽略的.注意,当你使用实体元素(如 SOLID45)时,并没有这种「平面维持平面」的假设。
SHELL63:板壳结构元素 SHELL63: Structural Shell Element 1 SHELL63 元素描述 SHELL63 Element SHELL63 称为 elastic shell,因为它只支援线性弹性的材料模式;ANSYS 另有其他 shell 元素 可以支援更广泛的材料模式 [Sec. 10.4].SHELL63 有 4 个节点(I, J, K, L),每个节点有 6 个自 由度:3 个位移(UX, UY, UZ)及 3 个转角(ROTX, ROTY, ROTZ),所以一个元素共有 24 个自由 度.若 K,L 两个节点重叠在一起时,它就退化成一个三角形,如 Figure 10-1 右图所示.I-J-K-L 四 个节点假设是共平面,若不共平面则以一最接近的平面来「修正」这四个节点.注意,这种「修 正」当然会引进一些误差,所以对那种曲率很大的板壳结构而言,必须使用较细的元素. SHELL63 的元素座标系统表示在 Figure 10-1 中,原点是在 I 节点上,X 轴和 I-J 边可以有一角 度差(THETA,可以透过 R 命令输入),X-Y 平面是在 I-J-K-L 四个节点所定义的平面上,Z 轴则 由右手规则依 I-J-K-L 顺序决定.你如果要指定 surface force 时,你可以参照 6 个面,其编号如 图所示,作用在第 1,2 面的力称为 out-of-plane force,作用在第 3,4,5,6 面(边)的力称为 in-plane force.当你指定压力作用在第 1 个面时,力量是从下面往上(+Z 方向),若是压力作用 在第 2 个面则是由上面往下(-Z 方向). 注意,SHELL63 是解 3D 结构的元素,PLANE42 是解 2D 结构的元素.使用 PLANE42 等元素 时,不允许有任何的 out-of-plane 的负载.如果有 out-of-plane 的负载时,请使用板壳元素. 2 SHELL63 输入资料 Element Name:SHELL63 Nodes: I, J, K, L Degrees of Freedom:UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ Real Constants:TK(I), TK(J), TK(K), TK(L), EFS, THETA, RMI, CTOP, CBOT, etc. Material Properties:EX, NUXY, GXY, ALPX, DENS, DAMP, etc. Surface Loads Pressure:face 1, face 2, face 3, face 4, face 5, face 6 Body Loads:Temperature -- T(1), T(2), T(3), T(4), T(5), T(6), T(7), T(8) Special Features:Stress stiffening, Large deflection, etc. KEYOPT(1)

0 -- Bending and membrane stiffness 1 -- Membrane stiffness only 2 -- Bending stiffness only KEYOPT(3):Key for inclusion of extra displacement shapes KEYOPT(5):Key for element solution etc. Figure 10-2 SHELL63 Input Summary Real Constants SHELL63 的输入资料摘要在 Figure 10-2 中.Real constants 看起来好像很 复杂,但大部分的情况下你只需输入第一个资料:TK(I),板壳的厚度.必要的话,你可以分别输 入四个节点的厚度:TK(I),TK(J),TK(K),TK(L).EFS 读成 elastic foundation stiffness;当板壳结 构置放在弹性基础上时,你可以输入此弹性基础的 stiffness(SI 单位是 N/m).譬如一块混拟土 平板结构置放于土壤地面上时,则此地面对于这个平板而言可以视为弹性基础.THETA 是刚 才提到过,定义元素座标系统 X 轴的角度.RMI 读成 ratio of moment of inertia(转动惯动比), 是单位断面的转动惯量与 TK(I)3/12 的比,大部分的时候采用预设值(1.0)即可,可是对于非矩 形断面或非均匀的复合材料(譬如三明治板)时,你可以透过这个比值去修订.CTOP, CBOT 这 是指中性轴(neutral axis)到板壳上表面及到下表面的矩离,预设值是 TK(I)/2.最后一个 real constant 是 ADMSUA,读成 additional mass per unit area,如果板壳上面有附加的质量(但是 没有结构功能),可以在这里输入.注意,ADMSUA 只有动力分析或计算惯性力时会用到. Key Options KEYOPT(1)是用来修改劲度(stiffness)的计算方式,当 KEYOPT(1) = 1 时,忽略 所有弯曲变形,只考虑 in-plane 的变形,所以又称为「薄膜」(membrane)元素.相反的,当 KEYOPT(1) = 2 时,则忽略所有 in-plane 变形,只考虑弯曲变形.预设的 KEYOPT(1) = 0 则两 者都计算在内. 3 SHELL63 输出资料 SHELL63 应力的输出如 Figure 10-3 所示.板壳的应力是由弯曲应力(bending stress)和 in-plane 的应力叠加的结果,其中弯曲应力是沿著厚度方向成线性变化,所以板壳元素的输出 应力在沿著厚度方向每一处都不相同,你必须以 SHELL 命令来指定要输出的应力位置(上层, 下层,或中性轴位置,预设是上层,即靠近+Z 方向的那一面).此外板壳元素通常也都会输出 bending moments.Moments 的方向常常会造成混淆,因为不同的教科书有不同的表示方式. 以下来介绍 ANSYS 对于 bending moments 的表示方式.在某一特定点,ANSYS 会输出 MX,MY,MXY(SI 单位是 N-m/m,亦即 Moment/Length),其中 X 或 Y 是参照元素座标系统,如 Figure 10-3 所示.所谓的 MX 是指 X 面(法线方向在 X 方向上的面)上的 moment,MY 是指 Y 面(法线方向在 Y 方向上的面)上的 moment,而 MXY 是作用在 X 面上而向著 Y 方向(或作用 在 Y 面上而向著 X 方向)的 twisting moment.其他输出资料请参考元素说明 [Ref. 6, Table 63.2. SHELL63 Element Output Definitions].


相关文章:
SHELL单元注意事项
SHELL6l 是轴对称正弦单元; 对于那些必须同时考虏薄膜力和弯曲变形的弹性板壳结构,可选择 SHELL63 与 SHELL93 单元,它们的区别 为:SHELL63 遵循克希霍夫假定。...
壳单元63说明
单元建模壳单元建模隐藏>> shell63: 几何、节点位置和坐标系统为该元素如图 63.1:“SHELL63 几何” 。元素是由 4 个节点,四个厚 度,一个弹性地基刚度和正...
ansys-SHELL单元
Q: 用板壳元 shell63 单元建模时,如下图示,两个平面互相垂直,如何使这两个平面保持为一 个整体来受力.因为实际结构中,比如一个由钢板焊成的箱梁,内有加劲...
ansys关于薄板、厚板、壳单元的特性区别
在 ANSYS 中,SHELL 单元采用平面应力单元和板壳弯曲单元的叠加。除 SHELL63、 SHELL51、SHELL61 不计横向剪切变形外(可用于薄板壳分析) ,其余均计入横向剪切变 ...
ANSYS单元类型(详细)
通常情况下,shell63 单元就够用了。 3.实体单元的选择。 实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单 元类型。 常用的实体单元类型有 solid45, ...
有限元单元的选择
通常情况下,shell63 单元就够用了。 3.实体单元的选择。 实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。 常用的实体单 元类型有 solid45, ...
ansys各种单元及使用
单元 四边形 轴对称 层 剪切板 P 单元 SOLID147,SOLID148 SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 SHELL51,SHELL61 SHELL91,SHELL99 SHELL28 SHELL150 一...
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则
通常情况下,shell63 单元就够用了。 3.实体单元的选择 实体单元类型也比较多, 实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常 用的实体单元类型有 solid45, ...
ansys单元问题论述
实际工程中常用的 shell 单元shell63,shell93。shell63是四节点的 shell 单元(可以退化为 三角形),shell93是带中间节点的四边形 shell 单元(可以退化为三角形...
ANSYS中单元类型的选择
通常情况下,shell63 单 元就够用了。 3.实体单元的选择 实体单元类型也比较多,实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有 solid45, solid...
更多相关标签: