ANSYS板壳问题实例
ansys板壳计算
4 板壳问题当比较薄的构件承受横向力作用时，它将发生弯曲变形，此时需要利用板壳理论来计算。
Ａｎｓｙｓ中板壳单元是同一种单元，最常用的是弹性壳体单元Ｓｈｅｌｌ６３，它可以模拟板，也可以模拟薄壳，或者厚壳。
壳体单元上的荷载是通过ＳＦ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｏｒｃｅ）来定义压力的。
ＳＦＡ和ＳＦＥ分别是对面积或者单元定义表面压力的。
壳体单元计算结果可以直接给出内外表面的应力值。
下面几个实例的代码均在Ａｎｓｙｓ５．６的ＥＤ版中调试通过。
４．１ ＤｒａｗＰｉｐｅ．ｔｘｔ 利用拉伸操作建立膨胀弯管模型 化工管道的弯管，主要用来释放温度和内压引起的轴向变形的，这里我们通过拉伸（Ｅｘｔｒｕｄｅ）操作建立一个膨胀弯管模型的一半。
由于ＥＤ版的限制，这里的直线管段长度较短。
为了方便起见，在直线段的端部采用了固定端约束（图中用彩色箭头标识），弯管上部的对称位置采用了对称面约束（图中用Ｓ表示）。
同样的原因，这里单元划分的尺寸取的较大，管道的应力计算结果不够理想． 下图给出的是管道在内压作用下的Ｍｉｓｅｓ应力。
全部代码如下： ＦＩＮＩＳＨ ！退出以前模块 ／ＣＬＥＡＲ，ＮＯＳＴＡＲＴ ！清除内存中的所有数据，不读入初始化文件 ／ＦＩＬＥＮＡＭＥ，ＤＲＡＷＰＩＰＥ ／ＴＩＴＬＥ，ＤｒａｗＰｉｐｅ．ｔｘｔ， Ａ ｓａｍｐｌｅ ｔｏ Ｇｅｎｅｒａｔｅ Ｅｌｂｏｗ ｂｙ Ｅｘｔｒｕｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． ／ＰＲＥＰ７ ！进入前处理模块ＰＲＥＰ７ ｋ，１ ！定义位于管道轴线上的控制点１至６ ｋ，２，，，１ ｋ，３，，０．８，１ ｋ，４，，０．８，１．５ ｌ，１，２ ！定义通过这些控制点的直线 ｌ，２，３ ｌ，３，４ ｌｆｉｌｌｔ，１，２，．２８ ！对这些相交的直线定义倒角 ｌｆｉｌｌｔ，２，３，．２８ ｋ，２１！定义第２１号关键点 ｃｉｒｃｌｅ，２１，．１ ！以２１号关键点为圆心，０．１为半径作圆，圆弧线编号依次是６，７，８，９ ／ＶＩＥＷ，１，１，１，１ ＡＤＲＡＧ，６，７，８，９，，，１，４，２，５，３ ！开始沿前面定义的路径用圆扫描形成管道，管道轴线是１，４，２，５，３号线 ｅｔ，１，ｓｈｅｌｌ６３ ！定义第一类单元为壳单元ＳＨＥＬＬ６３ ｒ，１，．０１ ！定义单元的第一类实常数：Ｔｈｉｎｋｎｅｓｓ＝０．０１ ｍｐ，ｅｘ，１，３ｅ１１ ！定义第一类材料的弹性模量ＥＸ＝３ｅ１１ ＤＬ，６，ＡＬＬ，ＡＬＬ，０ ！定义６，７，８，９号线固定端条件 ＤＬ，７，ＡＬＬ，ＡＬＬ，０ ＤＬ，８，ＡＬＬ，ＡＬＬ，０ ＤＬ，９，ＡＬＬ，ＡＬＬ，０ ＤＬ，４２，，ＳＹＭＭ ！定义４２，４５，４７，４９号线对称条件 ＤＬ，４５，，ＳＹＭＭ ＤＬ，４７，，ＳＹＭＭ ＤＬ，４９，，ＳＹＭＭ ＳＦＡ，ＡＬＬ，１，ＰＲＥＳＳ，１ ！对所有面定义压力荷载，大小为１ ＥＳＩＺＥ，０．０８，０， ！单元划分尺寸０．０８ ＡＭＥＳＨ，ＡＬＬ ！单元划分 ／ＳＯＬＵ ！进入求解模块ＳＯＬＵＴＩＯＮ ＳＯＬＶＥ ！开始求解 ／ＰＯＳＴ１ ！进入后处理模块ＰＯＳＴ１ ＳＥＴ，１ ！读入第一个荷载步的计算结果 ＰＬＮＳＯＬ，Ｓ，１ ！在图形窗口显示结点上的主应力 ＦＩＮＩＳＨ ！退出后处理模块 ４．２ Ｊｕｅｚｕ．ｔｘｔ 管道噘嘴模型受内压作用 噘嘴是管道加工过程中的一类主要缺陷，是指在卷边时边缘部分的曲率没有达到管道的曲率要求，是圆截面管道在焊缝位置处出现一个凸起。
板壳单元计算示例
图8-12圆弧旋转角度设置对话框
在ARC选项栏中填写旋转角度180°，生成圆弧。 建立关键点，点号分别为4，5，6 （ 0.05,0,-0.1 ），（ -0.05,0,-0.1 ），（ 0,0.05,-0.1 ）。 建立完关键点后沿关键点生成线，将图形连接如图 8-13所示图形。运行Modeling>Operate>Booleans>Add> Lines，利用布尔运算将线相加：将CD，DE相加为一条 线，另外将圆弧的两段线加为一条线。 生成面：运行 Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By lines ，拾取相交后的线可得到如图 8-14 所示的图形。
ANSYS板壳单元计算示例
1 问题描述
开口的圆弧为 180 °，半径为 0.05m ， CA 长为 0.1m ，壳体厚 0.001m ， CDE =90 °，弹性模量 E=210GPa，μ =0.3。约束：边CD和边DE全约束。承 受载荷：B点作用集中载荷F＝10N，方向水平向右。
图8-5 壳体示意图
图8-10 设置实常数对话框
（4）建立模型 生成圆环，选择Preprocessor> Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent&Radius ，弹出如图 8-11 所示 对话框，填写数据0,0,0，单击 Apply 按钮，接着对话框提示再选 取一点，填入0.05作为半径，单击 OK 按钮，弹出如图 8-12 所示对话 框。
图8-13 壳体线框模型
图8-14 壳体模型
（5）划分网格 设置网格大小：运行MeshTool，弹出如图8-15所示 对话框，在Smart Size前面打勾，将下面的条形框拉到 最右边。点击Mesh，拾取壳体。划分网格完 毕，如图8-16所示。
ANSYS标准求解过程实例
ANSYS标准求解过程实例下面将通过一个简单实例学习ANSYS有限元分析的标准求解过程，同时熟悉ANSYS界面系统环境及其菜单操作方法，从而建立ANSYS有限元分析过程的初步概念。
如图1所示，一个中间带有圆孔板件结构，长度为5m、宽度为1m、厚度为0.1m,正中间有一个半径为0.3m的孔。
板的左端完全固定，板的右端承受面向内右的均布拉力，大小为2000N/m。
结构的材料为普通A3钢，弹性模量为112 Pa，10泊松比为0.3。
计算在拉力作用下结构的变形和等效应力分布。
首先，制定分析方案。
（1）分析类型：材料是线弹性，结构静力分析。
（2）模型类型：板壳模型，采用板壳单元，选用Shell63号单元，其厚度为单元实常数。
（3）边界条件：左侧线上施加固定支撑。
（4）载荷施加：右侧线上施加均布压力。
（5）分析方法：交互式菜单分析完成分析过程。
图1 一端固支一端受拉的带孔板壳模型及几何尺寸第1步，开始新分析，分析准备工作。
（1）清除内存，开始一个新分析：选取菜单Utility Menu> File> Clear&Start New，弹出Clears database and Start New对话框，采用默认状态，单击OK 按钮，弹出Verity确认对话框，单击Yes按钮。
（2)指定工作文件名，选取菜单Utility Menu> File>Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在Enter New Title项输入example1，然后单击OK 按钮。
（3)指定分析标题：选取菜单Utility Menu> File>Change Title，弹出Change Title对话框，在Enter New Title项输入This is my first ANSYS exercise and 学号，然后单击OK按钮。
（4）重新刷新图形窗口：选择菜单Utility Menu>Plot>Replot，输入的标题显示在图形窗口的左下角位置，结果如图2所示。
ANSYS一种结构瞬态分析实例
一个瞬态分析的例子练习目的：熟悉瞬态分析过程练习过程：瞬态(FULL)完全法分析板-梁结构实例如图1所示板-梁结构，板件上表面施加随时间变化的均布压力，计算在下列已知条件下结构的瞬态响应情况。
全部采用A3钢材料，特性：杨氏模量=2e112/m N 泊松比=0.3 密度=7.8e33/m Kg板壳： 厚度=0.02m四条腿（梁）的几何特性：截面面积=2e-42m 惯性矩=2e-84m 宽度=0.01m 高度=0.02m压力载荷与时间的关系曲线如图2所示。
图1 质量梁-板结构及载荷示意图20 1 2 4 6 时间（s ）图 2 板上压力-时间关系分析过程第1步：设置分析标题1. 选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title 。
2. 输入“ The Transient Analysis of the structure ”，然后单击OK 。
第2步：定义单元类型单元类型1为SHELL63，单元类型2为BEAM4第3步：定义单元实常数实常数1为壳单元的实常数1，输入厚度为0.02（只需输入第一个值，即等78厚度壳）实常数2为梁单元的实常数，输入AREA 为2e-4惯性矩IZZ=2e-8，IYY ＝2e-8宽度TKZ=0.01，高度TKY=0.02。
第5步：杨氏模量EX=2e112/m N 泊松比NUXY=0.3 密度DENS=7.8e33/m Kg 第6步：建立有限元分析模型1． 创建矩形，x1=0,x2=2,y1=0,y2=12． 将所有关键点沿Z 方向拷贝，输入DZ ＝－13． 连线。
将关键点1，5；2，6；3，7；4，8分别连成直线。
4． 设置线的分割尺寸为0.1，首先给面划分网格；然后设置单元类型为2，实常数为2，对线5到8划分网格。
第7步：瞬态动力分析1. 选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis ，弹出New Analysis对话框。
ansys在处理体壳连接问题中的应用
3.1 模型一（小规模连接模型）
模型一：如图 2 所示的悬臂梁，由一个短厚的块体（20m×10m×7m ）和一块非常长 的薄板（100m×10m×1m ）在块体的中部连接而成，块体和板的弹性模量都是 3×1011pa, 泊松比为 0.3，在板的自由端施加垂直于板且大小为 600N/m 的均布荷载，求最大的位移与 应力。
全部壳单元
8.0171
0.00
352800
2.00
解析解
8.0170
360000
从表 1 可以看出，对于小规模的，简单的体壳组合结构模型，三种方法都能够处理实体
单元和壳单元的连接问题，且处理结果与解析解的结果偏差较小, 一般处于误差范围之内。
3.2 模型二（大规模连接模型）
当对大型的体壳组合结构模型进行有限元分析时，如苏通大桥索塔锚固区的钢锚箱与混 凝土塔壁组合结构，由于其结构的特殊性，在进行网格划分时，需要采用自由划分，此时在 接触面上实体单元和壳单元的节点就可能不重合，且在接触面上生成的节点数量很大，属于 大规模的接触问题，如图 3 所示。
其次定义接触单元和目标单元以组成“接触对”。“接触对”的接触单元必须建立在壳单 元侧，目标单元建立在实体单元侧，接触单元和目标单元利用 ESURF 命令创建，它们通过 共享实常数设置组成“接触对”。
-2-
2.3 用复合单元处理接触面
在实际生活中, 我们经常遇到图 1 所示结构的连接情况，即实体与板采用搭接的方式连 接。
ANSYS谱分析报告地实例——板梁结构
谱分析的实例——板梁结构一单点响应谱分析的算例某板梁结构如图3所示，计算在Y方向的地震位移响应谱作用下整个结构的响应情况。
板梁结构结构的基本尺寸如图 3所示，地震谱如表5所示，其它数据如下：1.材料是A3钢，相关参数如下：杨氏模量=2e11N/m 2泊松比=0.3密度=7.8e 3Kg/m 32.板壳：厚度=2e-3m3.梁几何特性如下：截面面积=1.6e-5 m 2惯性矩=64/3e-12 m 4宽度=4e-3m高度=4e-3m图3板梁结构模型（mm）谱表1 GUI方式分析过程第1步：指定分析标题并设置分析范畴1、取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。
2、输入文字“Single-point response analysis of a shell-beam structure”，然后单击OK。
第2步：定义单元类型1、选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/ Delete，弹出Element Types对话框。
2、单击Add，弹出Library of Element Types对话框。
3、在左边的滚动框中单击“Structural Shell”。
4、在右边的滚动框中单击“shell63”。
5、单击Apply。
6、在右边的滚动框中单击“beam4”。
7、单击OK。
8、单击Element Types对话框中的Close按钮。
第3步：定义单元实常数1、选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Real Constants，弹出Real Constants对话框。
2、单击Add，弹出Element Type for Real Constants对话框。
3、选择1号单元，单击OK，弹出Real Constants for Shell63对话框。
4、在TK(I)处输入2e-3。
【2019年整理】ANSYS壳体计算示例
图8 壳体线框模型
9. 运行Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines 10. 利用布尔运算将线相加： 将CD，DE相加为一条线；将圆弧的两段线加为一条线 11. 生成面：运行Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By lines 12. 拾取相交后的线可得到如图9所示的图形
图5 设置实常数对话框
（4）建立模型
1. 选择Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>By Cent&Radius，生成圆环 2. 弹出如图6所示对话框，填写数据0,0,0，单击Apply按钮
3. 接着对话框提示再选取一点，填入0.05作为半径 4. 单击OK按钮
图9 壳体模型
（5）划分网格
1. 设置网格大小：运行Meshing>Size Cntrls> Manual Size>Areas>All Areas 2.弹出如图10所示对话框，设置Element edge length为0.005
图10 设置网格尺寸对话框 3. 设置完毕点击OK
4. 运行Meshing>Mesh>Areas>Free，拾取壳体 5. 划分网格完毕，如图11所示
2.弹出Element Types对话框如图1所示
3.单击Add
图1
4.弹出Library of Element Types窗口，如图2所示
5.选择Shell Elastic 4node 63 6.单击OK按钮. 单元设置完毕
图2
（2）设置材料属性 1. 运行Preprocessor>Material Props>Material Models 2. 弹出图3所示对话框
AnsysWorkbench工程实例之——壳单元静力学分析
AnsysWorkbench工程实例之——壳单元静力学分析壳单元常用于薄壁件，如容器、板材等，每个节点有6个自由度，即沿XYZ的移动和转动。
WB中壳单元有无中节点的Shell181单元和带中节点的Shell281单元，默认为Shell181单元，在网格属性中Element MIdside Nodes 设置为kept即可修改为Shell281单元。
本文将通过工程应用中常遇到的问题作为指引，讨论壳单元的应用问题。
1 使用DM抽中面还是SC抽中面更好？DM（DesignModeler）和SC（SpaceClaim）软件都可以完成抽中面操作，主要看读者的使用习惯，以下的案例都将介绍两种软件的相关操作，读者也可自行做对比。
2 如何快速自动抽中面？（1）如果在DM中，通过T ool——Mid-Surface抽中面。
常规操作是按住Ctrl分别选择零件的两面，可以选择多组一起抽中面。
Mid-Surface也有自动抽中面的功能，Selection Method选择Automatic。
Bodies To Search可选择所有体、可见的体、选择的体。
Minimum Threshold和Maximum Threshold分别设置要查找的最小厚度与最大厚度。
Find Face Pairs Now选择Yes，软件便在模型中查找要转换的体，点击工具栏Generater，便可自动抽中面。
（2）如果在SC中，选择准备——中间面，依次选择各个钣金零件的两面，点击√确定。
SC中自动抽中面操作如下，选择准备——中间面，在选项中设置要识别的最小和最大厚度。
在点击窗口中的模型即可自动转换。
注：选项中其他选项含义，组中间面表示将抽取的面放在一个新零件内。
延伸曲面默认勾选，这个功能很有用，下文将介绍。
3 曲面如何修补？部分中面抽取失败，或需要修补空洞时，可使用修补和删除边功能。
1.如果在DM中，通过Tool——Surface Patch修补。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
q0 a 4 D
2.2168 10 4 m
2
四边固定最大挠度伽辽金解
wm a x
q0 a 4
4 2D
3
2
a
1 2
3
a
4
1
cos
2x1
a
1
cos
2x2
b
b b
a b, x1 x2 a / 2
wmax 7.0065 10 5 m
7
6、创建矩形 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Areas→ Rectangle→ By Dimensions →依次按下图输入：→OK
8
7、划分单元 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Tool → (Size Controls) Global: Set →input NDIV:20 →OK
5
4 选择单元类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Shell Elastic 4node 63 →OK (back to Element Types window) →Close (the Element Type window)
6
5、定义实常数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants… →Add… →select Type 1→
OK→input Shell thickness at node I :0.01 →OK →Close (the Real Constants Window)
3
2、分析类型 3、问题描述 4、ANSYS单位
静力分析 板壳问题
m N Pa
5、单元 SHELL63：4节点（每个节点6个自由度）
6、材料
弹性模量和泊松比
7、实常数
厚度
8、建模
取1/பைடு நூலகம்模型
4
1 进入ANSYS 程序 → ANSYSED 9.0 →ANSYS Product Launcher →change the working directory into yours →input Initial jobname: board →Run 2 设置计算类型
20
作业三要求 1、属于力学的那类问题？ 2、单位制；单元类型；单元描述；实常数；材料参数 3、划分网格的方案，施加载荷和边界条件 4、计算结果的体现： MISIS应力和位移，需要知道最大值以及 位置。 5、1/4模型的计算结果。 6、 需要6个图：载荷图（2个）；应力图2个；变形图2个并指出 位置。
21
作业四要求 1、属于力学的那类问题？ 2、单位制；单元类型；单元描述；实常数；材料参数 3、划分网格的方案，施加载荷和边界条件 4、计算结果的体现： MISIS应力和位移，需要知道最大值以及 位置。 5、1/2模型的计算结果。 6、 需要6个图：载荷图（2个）；应力图2个；变形图2个并指出 位置。
长厚比为 20:1 可作为决定使用壳单元的一般准则。
1
ANSYS求解薄板弯曲问题实例
书上例题6-1\6-2 只求挠度
1) 弹性力学解
四边简支最大挠度精确解
wm a x
0.00406
q0 a 4 D
a 1m, q0 1000 Pa
D
12
Et 3
1
2
18315
wmax 0.00406
12
11 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close
the solve Current Load Step window) →OK 12、挠度 ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu →select: DOF solution, Z-Component of displacement →OK
15 分析计算 ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close
the solve Current Load Step window) →OK
16、挠度
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu →select: DOF solution, Z-Component of displacement →OK
19
显示壳单元的厚度 ANSYS命令菜单栏：PlotCtrls >Style >Size and Style →弹出对话框中 （Display of element项设置为On)
控制壳单元的结果输出 ANSYS Main Menu: General Postproc →Options for Outp Top layer: 顶面 Middle layer:中面 Bottom layer：底面
14、施加简支边界 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Lines →拾取上边和右边 → OK → select Lab2:UX→ Apply →拾取上边和右边 → OK→ select Lab2:UY→ Apply →拾取上边和右边 → OK → select Lab2:UZ→ OK
ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 3 定义材料参数 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2e11, PRXY:0.3 → OK
10
9、施加对称约束边界 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement →Symmetry B.C → On Lines →拾取下边和左边 → OK
11
10、施加均布压力 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure→ On Areas →pick all →如下图输入→OK
ANSYS中的板壳单元
单元
功能
shell63 4节点;6自由度;弹性薄壳;支持小应变大转动
shell93 8节点;6自由度;厚壳;曲壳结构
shell181 4节点;6自由度; 薄到中等厚壳;强大的非线性以及
复合材料多层壳;可定义截面形状
shell41 4节点;3平动自由度;膜壳,只有面内刚度
shell43 4节点;6自由度;塑性大应变壳
Mesh Tool →Mesh : select Areas→ Shape:Quad→Free → Mesh → Pick All
→Close( the Mesh Tool window)
9
8、施加固定边界 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Lines →拾取上边和右边 → OK → select Lab2:ALL DOF → OK
13
按右侧的等侧视图
14
按右侧的前视图
13、删除固定边界 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Delete→Structural →Displacement → On Lines →拾取上 边和右边 → OK → select Lab2:ALL DOF → OK
15
16
17
四边固定最大挠度 四边简支最大挠度
弹性力学解 0.070065mm
0.22168mm
有限元解 0.0691mm
0.222mm
18
板壳单元的压力载荷
面1 (I-J-K-L)，（底部，+Z方向） 面2 (I-J-K-L)， （顶部，-Z方向） 面3 (J-I)，面 4 (K-J)， 面 5 (L-K)，面 6 (I-L)
22