ansys 單元類型選擇方法

ANSYS的單元庫提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個單元上；
單元類型選擇方法：
1.設定物理場過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場涉及的單元；
2.根據模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結構則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據模型結構的空間維數(shù)細化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據結構的維數(shù)繼續(xù)縮小單元類型選擇的范圍；
4. 確定單元的大類之后，又是也可以根據單元的階次來細分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時有四種單元類 型：Quad 4node 42 Quad 4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前兩組即為低階單元，后兩組為高階單元；
5. 根據單元的形狀細分單元的小類，如對三維實體，此時則可以根據單元形狀是“六面體”還是“四面體”，確定單元類型為“Brick”還是“Tet”；
6. 根據分析問題的性質選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對稱的問題則用“Beam54”。
7. 進行完前面的選擇工作，單元類型就基本上已經定位在2-3種單元類型上了，接下來打開這幾種單元的幫助手冊，進行以下工作：
仔細閱讀其單元描述，檢查是否與分析問題的背景吻合、了解單元所需輸入的參數(shù)、單元關鍵項和載荷考慮；了解單元的輸出數(shù)據；仔細閱讀單元使用限制和說明。
Mass21是由6個自由度的點元素，x,y,z三個方向的線位移以及繞x,y,z軸的旋轉位移。每個自由度的質量和慣性矩分別定義。
Link1可用于各種工程應用中。根據應用的不用，可以把此元素看成桁架，連桿，彈簧，等。這個2維桿元素是一個單軸拉壓元素，在每個節(jié)點都有兩個自由度。x,y,方向。鉸接，沒有彎矩。
Link8可用于不同工程中的桿。可用作模擬構架，下垂電纜，連桿，彈簧等。3維桿元素是單軸拉壓元素。每個點有3個自由度。x,y,z方向。作為鉸接結構，沒有彎矩。具有塑性，徐變，膨脹，應力強化和大變形的特性。
Link10 3維桿元素，具有雙線性勁度矩陣的特性，單向軸拉（或壓）元素。對于單向軸拉，如果元素變成受壓，則硬度就消失了。此特性可用于靜力鋼纜中，當整個鋼纜模 擬成一個元素時。當需要靜力元素能力但靜力元素又不是初始輸入時，也可用于動力分析中。該元素是shell41的線形 式，keyopt(1)=2,’cloth’選項。如果分析的目的是為了研究元素的運動，（沒有靜定元素），可用與其相似但不能松弛的元素（如link8 和pipe59）代替。當最終的結構是一個拉緊的結構的時候，Link10也不能用作靜定集中分析中。但是由于最終局于一點的結果松弛條件也是有可能的。 在這種情況下，要用其他的元素或在link10中使用‘顯示動力’技術。Link10每個節(jié)點有3個自由度，x,y,z方向。在拉（或壓）中都沒有抗彎能 力，但是可以通過在每個link10元素上疊加一個小面積的量元素來實現(xiàn)。具有應力強化和大變形能力。
Link11用于模擬水壓圓筒以及其他經受大旋轉的結構。此元素為單軸拉壓元素，每個節(jié)點有3個自由度。X,y,z方向。沒有彎扭荷載。
Link180 可用于不同的工程中�？捎脕砟�擬構架，連桿，彈簧，等。此3維桿元素是單軸拉壓元素，每個節(jié)點有3個自由度。X,y,z方向。作為膠接結構，不考慮彎矩。 具有塑性，徐變，旋轉，大變形，大應變能力。link180在任何分析中都包括應力強化項(分析中，nlgeon,on)，此為缺省值。支持彈性，各向同 性硬化塑性，運動上的硬化塑性，希爾各向異性塑性，chaboche 非線性硬化塑性和徐變等。
Beam3單軸元素，具有拉、壓、彎性能。在每個節(jié)點有3個自由度。x,y,方向以及繞z軸的旋轉。
Beam4是具有拉、壓、彎、扭能力的單軸元素。每個節(jié)點有6個自由度，x,y,z,繞x,y,z軸。具有應力強化和大變形能力。在大變形分析中，提供了協(xié)調相切勁度矩陣選項。
Beam23單軸元素，拉壓和受彎能力。每個節(jié)點有3個自由度。該元素具有塑性，徐變，膨脹能力。如果這些影響都不需要，可使用beam3，2維彈性梁。
Beam24 3維薄壁梁。單軸元素，任意截面都有拉壓、彎曲和St. Venant扭轉能力�？捎糜谌魏纬ㄩ_的和單元截面。該元素每個節(jié)點有6個自由度：x,y,z和繞x,y,z方向。該元素在軸向和自定義的截面方向都具有 塑性，徐變和膨脹能力。若不需要這些能力，可用彈性梁beam4或beam44。Pipe20和beam23也具有塑性，徐變和膨脹能力。截面是通過一系 列的矩形段來定義的。梁的縱軸向方向由第三個節(jié)點指明。
Beam44 3維彈性錐形不對稱梁。單軸元素，具有拉壓扭和彎曲能力。該元素每個節(jié)點有6個自由度：x,y,z和繞x,y,z方向。該元素允許每個端點具有不均勻幾何 特性，并且允許端點與梁的中性軸偏移。若不需要這些特性，可采用beam4。該元素的2維形式是beam54。該元素也提供剪應變選項。還提供了輸出作用 于單元上的與單元同方向的力的選項。具有應力強化和大變形能力。
Beam54單軸元素，拉壓和受彎能力. 每個節(jié)點有3個自由度。該元素允許在端點有不均勻幾何性質。允許端點偏移梁的軸心。無塑性徐變或膨脹能力。有應力強化能力。剪切變形和彈性基礎影響也體現(xiàn)在選項中。還可打印作用于元素上的沿元素方向的力。
Beam188 3維線性有限應力梁。適用于分析短粗梁結構。該元素基于timoshenko梁理論。包括剪應變。Beam188是一個三維線性（2節(jié)點）梁。每個節(jié)點有 6或7個自由度，具體依賴于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0為每個節(jié)點6個自由度。包括x,y,z方向和繞x,y,z方向。＝1還考慮了 扭轉自由度。該元素適用于線性，大旋轉和大應變非線性。包括應力強化項在任何分析中，都缺省為nlgeom=on.。該選項為元素提供了分析曲屈、側移和 扭轉的能力。
Beam189 3維二次有限應力梁。適用于分析短粗梁結構。該元素基于timoshenko梁理論。包括剪應變。Beam189是一個三維二次（3節(jié)點）梁。每個節(jié)點有 6或7個自由度，具體依賴于keyopt(1)的值。Keyopt(1)=0為每個節(jié)點6個自由度。包括x,y,z方向和繞x,y,z方向。＝1還考慮了 扭轉自由度。該元素適用于線性，大旋轉和大應變非線性。包括應力強化項在任何分析中，都缺省為nlgeom=on.。該選項為元素提供了分析曲屈、側移和 扭轉的能力。
Plane2 2維6節(jié)點3角形結構實體。具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網格。該元素有6個結點定義，每個節(jié)點2個自由度，分比為x，y方向。可將其用于平面單元（平面應力或平面應變）或是軸對稱單元。具有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形，大應變能力。
Plane25 軸對稱協(xié)調4節(jié)點結構體。用于承受非軸對稱荷載的2維軸對稱結構。如彎曲，剪切或扭轉。該元素由4個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。對于 非扭轉節(jié)點，這3個方向分別代表半徑，軸向和切線方向。給元素是plane42的一般模式，2為結構單元，和在不一定為軸對稱。
Plane42 2維實體。該元素即可用于平面單元（平面應力或平面應變）也可用于軸對稱單元。該元素由4個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度：x,y方向。具有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形，大應變能力。
Plane82 二維8節(jié)點實體。該元素是plane42的高次形式。它為混合（四邊形－三角形）自動網格劃分提供了更精確的求解結果，并能承受不規(guī)則形狀而不會產生任何精度上的損失。8節(jié)點元素具有位移協(xié)調形狀，適用于模擬彎曲邊界。該元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向�？捎糜谄矫鎲卧�也可用于軸對稱單元。具有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形，大應變能力。并提供不同的輸出選項。
Plane83 二維8節(jié)點實體。用于承受非軸對稱荷載的2維軸對稱結構。如彎曲，剪切或扭轉。該元素每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。對于非扭轉節(jié)點，這3個方向分 別代表半徑，軸向和切線方向。該元素是plane25的高次形式。它為混合（四邊形－三角形）自動網格劃分提供了更精確的求解結果，并能承受不規(guī)則形狀而 不會產生任何精度上的損失。該元素也是plane82的一般軸向形式，其荷載不需要對陳。
Plane145 二維四邊形實體p-元素。Plane145是一個四邊形p-元素，支持最高為8次的多項式。該元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向�？捎糜谄矫鎲卧�也可用于軸對稱單元。
Plane146 二維三角形實體p-元素。Plane145是一個三角形p-元素，支持最高為8次的多項式。該元素由6個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向�？捎糜谄矫鎲卧�也可用于軸對稱單元。
Plane182 2維4節(jié)點實體。該元素用于2維模型�？捎糜谄矫鎲卧�也可用于軸對稱單元。該元素由4個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向�？捎糜谄矫鎲卧�也可用 于軸對稱單元。具有塑性，超彈性，應力強化，大變形，大應變能力�？捎脕砟�擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。
Plane183 2維8節(jié)點實體。具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網格。該元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向�？捎糜谄矫鎲卧�也可用于軸對稱單元。具有 塑性，超彈性，應力強化，大變形，大應變能力。可用來模擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。支持初始應力。并提供不同的輸出選 項。
Solid45 3-D實體。用于3維實體結構模型。8個節(jié)點，每個節(jié)點3個自由度，x,y,z三個方向。該元素有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形和大應變能力。提供 帶有沙漏控制的縮減選項。各向異性選用solid64.。solid45的高次形式使用solid95.
Solid46 3維8節(jié)點分層實體。是solid45的分層形式，用于模擬分層殼或實體。該元素允許達到250層。如果需要超過250層，需要用到一個構成矩陣選項。該元素也可通過選擇的方法進行累積。每個節(jié)點有3個自由度：x,y,z方向。
Solid64 3維各向異性實體。該元素有8個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。具有應力強化和大變形能力。提供限制特大位移以及定義輸出位置的選項。該元素有各種不同的應用，如用于晶體和合成物。
Solid65 3維鋼筋混凝土實體。該元素用含鋼筋或不含鋼筋的3維實體。該實體能被拉裂或壓碎。用于混凝土時，例如，元素的實體能力可以用來模擬混凝土，而鋼筋能力用 來模擬鋼筋性能。在其他情況下，該元素還可用于加固合成物（如玻璃纖維）和地質材料（如石塊）。元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方 向�？梢远�義3個不同鋼筋�；炷�土元素與solid45相似，只是比它多了能被拉裂和壓碎的能力。該元素最重要的方面是它具有非線性材料的性能�；炷�土可 以（在三個正交方向）開裂、壓碎、塑性變形和徐變。鋼筋可以抗拉壓，但不能抗剪。也可以具有塑性變形和徐變的性能。
Solid92 3維10節(jié)點四面體結構實體。具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網格。該元素由10個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。具有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形，大應變能力。
Solid95 3維20節(jié)點實體。該元素是solid45的高次形式。能夠用于不規(guī)則形狀，而且不會在精度上有任何損失。該元素具有位移協(xié)調形狀，適用于模擬彎曲邊界。 該元素由20個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。該元素具有空間的任何方向。并具有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形，大應變能力。同時 提供多種輸出選項。
Solid147 3維磚實體p-元素�？芍С肿罡邽�8次的多項式。該元素由20個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。該元素具有空間的任何方向。
Solid148 3維四面體實體p-元素。可支持最高為8次的多項式。該元素由10個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。
Solid185 3維8節(jié)點實體。該元素用來模擬3維實體。由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。具有塑性，超彈性，應力強化，徐變，大變形，大應變能力�？捎脕砟�擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。
Solid186 3維20節(jié)點實體。具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網格。該元素由20個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。該元素具有空間的任何方向。具有 塑性，超彈性，應力強化，徐變，大變形，大應變能力�？捎脕砟�擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。同時提供多種輸出選項。
Solid187 3維10節(jié)點四面體實體。具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網格。該元素由10個節(jié)點定義，每個節(jié)點3個自由度：x,y,z方向。該元素具有空間的任何方 向。具有塑性，超彈性，應力強化，徐變，大變形，大應變能力�？捎脕砟�擬幾乎不能壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。
Solid191 3維20節(jié)點分層實體。是solid95的分層形式，用于模擬分層的殼或實體。該元素允許達到100層。如果超過100層，可通過累積的方法得到。該元素 由20個節(jié)點定義，每個節(jié)點有3個自由度：x,y,z方向。具有應力強化能力。同時提供多種輸出選項。
Shell28 剪扭面板。該元素用來在框架結構中傳遞剪力。該元素每個節(jié)點3個自由度： x,y,z方向或繞x,y,z軸旋轉方向。
Shell41 薄膜殼。該元素為3為元素，有膜剛度沒有彎曲剛度。用于彎曲處于次要位置的殼結構。該元素每個節(jié)點3個自由度： x,y,z方向。該元素具有可變厚度，應力強化，大應變和cloth 選項。
Shell43 4節(jié)點塑性大應變橋。尤其適用于模擬線性，彎曲，中厚度殼結構。該元素每個節(jié)點3個自由度： x,y,z方向和繞x,y,z軸旋轉方向。在平面內的所有方向，變形都是線性的。對于平面外運動，可使用混合張量差值法。該元素具有塑性，徐變，應力強 化，大變形，大應變能力。
Shell51 軸對稱殼。每個節(jié)點有4個自由度：x,y,z方向和繞z軸旋轉方向。圓錐殼元素的極限方向會產生圓柱橋或圓環(huán)殼。該殼單元具有線性變化的厚度。具有塑性，徐變，膨脹，應力強化，大變形，扭轉能力。
Shell61 軸對稱協(xié)調殼體。該元素每個節(jié)點4個自由度： x,y,z方向和繞z軸旋轉方向。荷載可以是軸對稱的也可以是非軸對稱的。
Shell63 彈性殼。具有彎矩和薄膜特性。可承受與平面同方向及法線方向的荷載。每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。有應力強化和大變形能力。提供用于大變形分析的連續(xù)性相切矩陣。
Shell91 非線性分層殼體。該元素用于分層殼模型或者用來模擬厚的夾層結構。一般shell99比shell91效率更高。使用夾層選項的最高允許的不同層數(shù)為 100。Shell99可以允許更多的層數(shù)，但不具有非線性特性。每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。
Shell93 8節(jié)點殼體。尤其適用于模擬彎曲殼體。每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。在平面內的各方向變形都為二次。具有塑性，應力強化，大變形，扭轉能力。
Shell99 線性分層殼體。用于模擬殼模型的分層部分。但是shell99不像shell91具有非線性特性，它具有較小的公式編輯時間。shell99最多可允許 250層。如果超過250層，可以由用戶輸入構成矩陣。每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。
Shell143 4節(jié)點塑性小應變殼體。尤其適用于模擬非線性，平面或彎曲，薄或中厚的殼體。每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。在平面內的所有方 向，變形都是線性的。對于平面外運動，可使用混合張量差值法。具有塑性，徐變，應力強化，大變形，小應變能力。對于大變形分析提供協(xié)調正切剛度矩陣（即， 由主正切剛度矩陣加上協(xié)調應力剛度矩陣）選項。對于大應變，包括由于大的膜應力導致的厚度變化，可以使用塑性大應變殼shell43。對于薄殼，如果不需 要塑性和徐變，可以使用彈性四邊形殼shell63。
Shell150 8節(jié)點殼體p-元素。支持最高為8次的多項式。該元素尤其適用于模擬彎曲殼。每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。
Shell181 有限應變殼。適用于分析薄到中厚的殼體。該元素為4節(jié)點元素，每個節(jié)點6個自由度：x,y,z方向和繞x,y,z軸方向。脫化的三角形選項只能在產生網格 以后用作填充單元。該元素尤其適用于線性，大旋轉，和／或大應變非線性分析。在非線性分析中，可以計算出殼厚度的變化。在元素范圍內，支持完全和簡化的積 分制度。Shell181還解決的分布力的附加影響。在shell43遇到收斂困難時，可以由shell181來代替。
Combin14 彈簧—阻尼�？捎糜谝痪S、二維或三維空間在縱向或扭轉的彈性—阻尼�？紤]為縱向彈簧—阻尼時，該元素受單軸向拉壓，每個節(jié)點有3個自由度，x,y,z方 向。不考慮彎曲或扭轉�？紤]為扭轉彈簧—阻尼時，該元素受純扭轉，每個節(jié)點有3個繞x,y,z旋轉方向的自由度。不考慮彎曲或軸向荷載。該元素沒有質量。 質量可用mass21來仿真。

 
使用SHELL單元注意事項：
SHELL57是用于熱分析的板殼元外，其余類型都可以用于結構分析；
STIF28是一個在單元平面中僅承受剪應力的4節(jié)點剪切／扭轉板殼元，它是專為適應航空航天部門用戶的要求而增加的；
SHELL41為三維單元，它僅考慮了薄膜剛度而不考慮彎曲剛度，可用來計算板殼結構的薄膜力；
SHELL43是三維塑性單元；
SHELL51是二維扭曲軸對稱塑性板殼元；
SHELL6l是軸對稱正弦單元；
對于那些必須同時考虜薄膜力和彎曲變形的彈性板殼結構，可選擇SHELL63與SHELL93單元，它們的區(qū)別為：SHELL63遵循克�；舴蚣俣�。假定板殼變形前垂直于中面的法線變形后仍垂直于中面，它為4節(jié)點線性單元。SHELL93假設板殼變形前垂直于中面的法線，變形后雖為直線，但不一定垂直于中面，它為8節(jié)點二次元；
離散薄板時采用SHELL93；
SHELL91與SHELL99分別為16層的塑性元和100層的彈性元。采用SHELL91與SHELL99單元時，參考面可取在中心面、頂面及底面，其節(jié)點可偏置；

模型簡化的總結   
對分析結果無關緊要的一些細節(jié)部分常常使模型相當復雜，在實體建模時往往可將這一步略去。   
在某些情況下，由于一些很小的局部而破壞了整個結構的對稱性.有時可略去這些局部(或將它們作對稱處理)以保持對稱結構，縮小分析的規(guī)模。必須權衡簡化模型的利弊(損失精度以減小花費)審慎地略去不對稱部分。   
在這里還想進一步說明模型簡化中一些方法和技巧。“子結構“是將一組有限元壓縮成為一個用用一個矩陣表示的超單元.采用子結構的原因有：
1.減少計算時間.在非線性分析中，可用子結構計算結構的線性部分，以便那部分的單元短陣不必重復計算每一個平衡迭代；對于有重復部分的結構分忻,可以生成一個超單元來表示這部分圖形、然后拷貝到不同的位置：
2.利用有限的計算機資料解決非常大型的問題。當一個分析相對于計算機波前空間或磁盤空間來說太大了、用子結構可使每一部分都滿足計算機的要求：“子模型”是為了獲得模型中某一區(qū)域的更精確的解而產生的一種有限元技術。當整個模型的網格劃分相對于某一區(qū)域太組時，可不必重新對整個模型進行更紉的劃分，只需對這一區(qū)域重新劃分。這就大大節(jié)約了時間和費用。
“等效結構”的概念為：將原來的復雜結構用一簡單結構模擬，新結構的材料和幾何特性與原結構有所不同但剛度等效。其等效結構是指那些具有重復性的均勻結構，如蜂窩結構、晶體結構等。