ANSYS基础4-建立有限元模型
时间：2025-07-11
Training Manual
建立有限元模型
第7章
第7章 建立有限元模型
概述
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本章目的是讨论单元网格属性及ANSYS中各种建立网格的方法，最后将 讨论如何直接输入有限元模型。ANSYS中不用实体模型求解，而是用有 限元模型求解。
INTRODUCTION TO ANSYS 11.0
第7章 建立有限元模型
…概述
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网格划分是用节点、单元填充实体模型，建立有限元模型的过程。– 请记住，有限元求解时需要有限元模型，而不是实体模型。实体模型不参与 有限元求解。
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网格化实体模型 FEA 模型
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单元属性 网格划分有三个步骤：– 定义单元属性 – 指定网格控制 – 生成网格
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单元属性是网格划分前必须指定的有限元模型的特性，包括：– 单元类型 – 实常数 – 材料性质
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…单元属性单元类型 单元类型是一个重要选项，它决定如下单元特性：
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– 自由度(DOF)设置。 例如，热单元类型有一个自由度： TEMP,而一个结构 单元可能有六个自由度：UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ. – 单元形状 – 六面体，四面体，四边形，三角形等。 – 维数 -- 2-D (只有X-Y 平面), 或 3-D。 – 假设的位移形函数 – 线性及二次函数。
ANSYS 有一个超过150种单元的单元库供用户选择，稍后将介绍如何选 取单元类型，现在请看如何定义单元类型。
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…单元属性单元种类 ANSYS 提供了许多不同种类的单元。经常采用的单元有：– – – – 线单元 壳 二维实体 三维实体
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…单元属性 线单元：
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– 梁 单元用于模拟螺栓，薄壁管，C- 截面构件，角钢，细长薄壁构件(只考 虑膜应力和弯曲应力)。 – 杆 单元用于模拟弹簧，螺杆，预应力螺栓和珩架。 – 弹簧 单元用于模拟弹簧，螺杆或细长构件，或用等效刚度替代复杂结构。
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…单元属性 壳单元：
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– 用来模拟平面或曲面。 – 厚度和大小取决于实际应用，一般，壳单元用于主尺寸不小于10倍厚度的结 构。
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…单元属性 二维实体单元：– – – – 用于模拟实体的截面。 必须在整体直角坐标系 X-Y 平面内建立模型。 所有荷载作用在 X-Y 平面内，其响应(位移)也在 X-Y 平面内。 单元特性可能是下边的一种： 平面应力 平面应变 广义平面应变 轴对称 轴对称简谐 Y Z X
Tra
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…单元属性
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平面应力 假设Z轴方向应力等于零。– 用于Z方向尺寸远小于X、Y方向尺寸的模 型。 – Z方向应变不等于零。 – 可选择不同厚度 (Z 方向)。 – 用于分析诸如只受面内荷载的平板，承受 压力或离心力的薄板等结构。
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Y Z X
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…单元属性
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平面应变 沿Z方向应变等于零。– 用于Z方向尺寸远大于X、Y方向尺寸的模型。 – Z方向应力不等于零。 – 用于等截面细长结构，例如梁。 Z Y X
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…单元属性
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轴对称 假定三维模型及其荷载是由二维模型绕Y轴旋转 360°生成的。– – – – – 对称轴必须与整体坐标Y轴重合。 不允许有负的 X 坐标。 Y 方向是轴向，X方向是径向，Z与Z- 轴同向。 轴向位移为零，轴向应力和应变非常明显。 用于压力容器，直管道，轴等。
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…单元属性 三维实体单元：
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– 用于几何属性，材料属性，荷载或分析要求考虑细节，而无法采用更简单的 单元进行建模的结构。 – 也用于从三维CAD系统转化而来的几何模型，而这些几何模型转化成二维模 型或壳体会花费大量的时间和精力。
第7章 建立有限元模型
…单元属性单元阶次 单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。 什么是形函数?
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– 形函数是指给出单元内结果形态的数值函数。因为FEA的解答只是节点自由 度值，需要通过形函数用节点自由度的值来描述单元内任一点的值。 – 形函数根据给定的单元特性给出。 – 每一个单元的形函数反映单元真实特性的程度，直接影响求解精度，这一点 将在下边说明。
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…单元属性自由度按二次分布
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线性近似 (结果差)
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真实曲线
多个单元线性近似( 结果较好)
二次近似(结果好)
第7章 建立有限元模型
…单元属性
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一旦选择了单元类型，就选择了相应单元类型的形函数，所以选择单元 类型之前，应查看相关单元的形函数信息。 典型的，线性单元只有角节点，而二次单元还有中间节点。
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