ANSYS表面效应单元
ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元
! ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元surface effect !学习重点：!1 表面载荷的施加当施加表面载荷时，在WorkBench中可以很方便地施加。
但其本质也是借助表面效应单元来完成的。
譬如当实体结构表面施加沿切向或者任何方向的均布载荷（甚至不均布?）时，都可以使用表面效应单元。
!2 表面效应单元的建立表面单元，意思就是要依附于现有单元的表面，利用现有节点形成单元，因此单元增加，而节点不增加。
单元通过制定坐标系方向等，施加不同方向的载荷。
!3 表面效应单元的典型应用目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。
151和152为热表面效应单元，153和154为结构表面效应单元。
表面单元可以很好用，如下例子中的通过表面施加扭矩；总之就是定义与表面成各种方向力的载荷。
在热流问题也有广泛应用。
!问题描述! 在workbench中可以轻松实现其定义，根据图示边界条件，得出位移结果如右图。
这里把此问题转到APDL里运行。
并再熟悉一下接触设定。
（案例参考ansys官方教程，有点不同）!APDL命令：finish/clear/title,surf effect~parain,'2s','x_t' !导入当前路径下的2s.x_t文件，包括所有体面线。
实在不想在APDL 里建模了，这是在SCDM中建模导出的文件。
/facet,normal/replot !单位m、Pa!!!以上导入x_t模型et,1,solid185r,2real,2et,2,surf154mp,ex,1,2.1e11mp,prxy,1,0.3 !定义材料1为结构钢mshape,0,3Dmshkey,2esize,0.0005 !网格无关分析之后，选择该尺寸，因为接触存在，网格需要细分vsweep,all !划分网格!!!以上定义材料及划分网格!复习下接触，而且规则形状分开，方便简单划分网格r,3mat,1real,3et,3,targe170et,4,conta174keyopt,4,12,5 !bonded约束vsel,s,loc,z,0.04,0.05asel,s,loc,z,0.04type,3nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建target170allselvsel,s,loc,z,0,0.04asel,s,loc,z,0.04type,4nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建contact174!!!以上建立两个体之间的绑定接触!建立surf154单元，为3D面单元csys,1allselasel,s,loc,x,0.015 !切换到圆柱坐标系，方便选择圆周上节点nsla,s,1mat,1real,2type,2esurf!!!以上根据节点，生产surf154单元csys,0local,100,1,0,0,0esel,s,type, ,2emodify,all,esys,100allsel!!!以上建立局部圆柱坐标系，并将此坐标系定义为surf单元的单元坐标系finish/soluesel,s,type, ,2sfe,all,2,pres,,10e6 !施加面压力allselnsel,s,loc,z,0d,all,all !约束底面!!!以上施加边界条件allselsolve !计算finish!!!进入后处理/post1plnsol,u,sumplnsol,s,eqvfinish/eof。
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和热辐射三种热传递⽅式，此外还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-结构耦合、热-流体耦合、热-电耦合、热-磁耦合、热-电-磁-结构耦合等。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。
物体温度越⾼，单位时间辐射的热量越多。
热传导和热对流都需要传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 瞬态热分析瞬态热分析⽤于计算⼀个系统的随时间变化的温度场及其他热参数。
在⼯程上⼀般⽤瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进⾏应⼒分析。
Ansys模拟表面效应单元模拟带穿透圆孔螺栓的弹塑性扭转问题
Ansys模拟表面效应单元模拟带穿透圆孔螺栓的弹塑性扭转问题问题描述用 ANSYS 表面效应单元模拟对带穿透圆孔螺栓施加扭转荷载，载荷和边界条件:沿螺栓上端的扭矩 Mt 等效为切向等效切应力：q=100MPa，底部固定 (UX=UY=UZ=0)。
设:螺栓直径 d=100mm，螺栓长度 L=400mm，螺帽直径 D=160mm,螺帽高度 H=30mm。
在螺栓长度一半处穿透圆孔直径 d=10mm。
材料的弹性模量为 E=200GPa，泊松比 v=0.3，材料应力—应变关系为 ANSYS 非线性弹塑模型--Voce 非线性等向强化 (NLISO)：σ=250+600*[1-EXP(-16.9*εP)(MPa),屈服强度σY = 250MPa ，假设为各向同性硬化材料，使用 Mises 屈服准则和关联流动法则。
1Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add→select Solid Brick 8node185→O K2Main Menu: Preprocessor →Material Props → Material Models→Structural → Nonlinear →Inelastic→ Rate independent → Isotropic hardening plasticity → Mises plasticity → Nonlinear→ inputEX:200e3, PRXY:0.3 → Sigy0：250， R o=0，Rinf=600,b=16.9→ OK3生成带帽螺栓。
分别生成中空圆环状的螺帽(R=80mm, r=50mm, H=30mm)和圆柱状的螺栓(r=50mm，L=400mm)，然后用布尔命令 Glue，将两体结合.生成竖直圆孔，先平移工作平面Utility Menu→WorkPlane→offset WP by Increments：X,Y, Z Offsets 输入0，0，200 点击 ApplyXY，YZ，ZX Angles 输入 0，－90， 0 点击 OK。
练习II-3(表面效应单元-螺栓扭转)
–
或使用命令:
DA,1,ALL
January 30, 2001 Inventory #001444 W3-10
3. 表面效应单元
螺栓扭转
13. 存储数据库并使用 PCG 迭代求解器求解:
– – Main Menu > Solution > -Analysis Type- Sol’n Control .. Pick the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu > File > Save as Jobname.db)
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
–
–
Utility Menu > Plot > Elements
或使用命令: EMODIF,ALL,ESYS,11 ELIST EPLOT
January 30, 2001 Inventory #001444 W3-6
3. 表面效应单元
螺栓扭转
7. 建立名为 “e_surf”的所有第2类单元的组件:
– – Utiltity Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component ... 或使用命令:
Workshop Supplement
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
3. 表面效应单元
螺栓扭转
荷载和材料特性
Workshop Supplement
January 30, 2001 Inventory #001444 W3-3
ANSYS表面效应单元线加载
本例主要说明如何使用表面效应线单元SURF156 来定义线段上的分布载荷。
所使用的几何模型是一个长方体20*40*200，准备在长方体右端上方线段上施加分布载荷，如下图所示：为采用MAP方式划分网格，定义单元类型SOLID45：命令：ET，SOLID45为施加线分布载荷，定义单元类型Surf156：命令：ET，SURF156设置表面效应单元 SURF156 的单元选项：压力坐标系用局部坐标系，K5选择No-不用方向节点，其余用默认值。
注意后面需要定义一个局部坐标系。
为定义单元类型Surf156，需要先对线段划分线单元，为此，需先定义单元类型MESH200：命令：ET，MESH200设置不参与求解的单元类型MESH200的单元选项：将MESH200设置为3D，2节点线单元。
定义材料属性：命令： MPTEMP,,,,,,,, $ MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,201000 $ MPDA TA,PRXY,1,,0.3创建长方体：20*40*200命令：BLC4, , ,20,40,200对长方体划分网格：首先设置单元尺寸为 10。
命令： ESIZE, 10然后选择长方体划分网格：命令：MSHAPE,0,3d $ MSHKEY,1 $ VMESH, 1 $ MSHKEY,0 网格划分结果如下图：由于对长方体划分的是实体网格，为了在线段 6 上生成表面效应单元 SURF156，还必需对线段划分线单元。
首先打开线编号显示：命令： /PNUM, line, on绘制线，可以看到线的编号：使用 mesh200 单元，对线 6 划分线单元。
首先设置默认单元属性为单元类型 3；材料 1：命令： TYPE, 3 $ MA T, 1选择线 6 划分网格：命令： Lmesh, 6再选择线 6 上的 mesh200 单元及节点，步骤是：1 选择线 6：Utility Menu > Select > Line > By Num/Pick >在拾取框中输入 6，回车 > OK2 选择属于线 6 的实体 (KP 点、节点和单元)：Utility Menu > Select > Everything Belowe > Selected Lines然后，点击： Utility Menu > List > Status > Global Status，显示当前选择的实体数：可以看到，当前选择集中只有4 个单元，即线6 上的4 个mesh200 单元，以及属于这些单元的5 个节点。
ANSYS命令流总结(全)
ANSYS结构分析单元功能与特性/可以组成一一些命令，一般是一种总体命令（session),三十也有特殊，比如是处理/POST1! 是注释说明符号，，与其他软件的说明是一样的，ansys不作为命令读取，* 此符号一般是APDL的标识符，也就是ansys的参数化语言，如*do ,,,*enddo等等NSEL的意思是node select，即选择节点。
s就是select，选择。
DIM是定义数组的意思。
array 数组。
MP命令用来定义材料参数。
K是建立关键点命令。
K,关键点编号,x坐标,y坐标，z坐标。
K, NPT, X, Y, Z是定义关键点，K是命令，NPT是关键点编号，XYZ是坐标。
NUMMRG, keypoint 用这个命令，要保证关键点的位置完全一样，只是关键点号不一样的才行。
这个命令对于重复的线面都可以用。
这个很简单，压缩关键。
Ngen 复制节点e,节点号码：这个命令式通过节点来形成单元NUMCMP,ALL：压缩所有编号，这样你所有的线都会按次序重新编号~你要是需要固定的线固定的标号NSUBST,100,500,50：通过指定子步数来设置载荷步的子步LNSRCH线性搜索是求解非线性代数方程组的一种技巧，此法会在一段区间内，以一定的步长逐步搜索根，相比常用的牛顿迭代法所要耗费的计算量大得多，但它可以避免在一些情况下牛顿迭代法出现的跳跃现象。
LNSRCH激活线性搜索PRED 激活自由度求解预测NEQIT指定一个荷载步中的最大子步数AUTOTS 自动求解控制打开自动时间步长.KBC -指定阶段状或者用跳板装载里面一个负荷步骤。
SPLINE:P1，P2，P3，P4，P5，P6，XV1，YV1，ZV1，XV6，YV6，ZV6（生成分段样条曲线）*DIM，Par，Type，IMAX，JMAX，KMAX，Var1，Var2，Var3（定义载荷数组的名称）【注】Par: 数组名Type：array 数组，如同fortran,下标最小号为1，可以多达三维（缺省）char 字符串组（每个元素最多8个字符）tableIMAX，JMAX，KMAX各维的最大下标号Var1，Var2，Var3 各维变量名，缺省为row,column,plane(当type为table时)/config是设置ansys配置参数的命令格式为/CONFIG, Lab, V ALUELab为参数名称value为参数值例如：/config，MXEL，10000的意思是最大单元数为10000杆单元:LINK1、8、10、11、180梁单元：BEAM3、4、23、24，44，54，188，189管单元:PIPE16，17，18，20，59，602D实体元:PLANE2，25，42，82，83，145，146，182，1833D实体元:SOLID45，46，64，65，72，73，92，95，147，148，185，186，187，191壳单元:SHELL28，41，43，51，61，63，91，93，99，143，150，181，208，209弹簧单元:COMBIN7，14，37，39，40质量单元:MASS21接触单元:CONTAC12，52，TARGE169，170，CONTA171，172，173，174，175，178矩阵单元:MATRIX27，50表面效应元:SURF153，154粘弹实体元:VISCO88，89，106，107，108，超弹实体元:HYPER56，58，74，84，86，158耦合场单元:SOLID5，PLANE13，FLUID29，30，38，SOLID62，FLUID79，FLUID80，81，SOLID98，FLUID129，INFIN110，111，FLUID116，130界面单元:INTER192，193，194，195显式动力分析单元:LINK160，BEAM161，PLANE162，SHELL163，SOLID164，COMBI16杆单元单元名称简称节点数节点自由度特性备注LINK1 2D杆 2 Ux,Uy EPCSDGB常用杆元LINK8 3D杆Ux,Uy,Uz EPCSDGBLINK103D仅受拉或仅受压杆EDGB模拟缆索的松弛及间隙LINK11 3D线性调节器EGB模拟液压缸和大转动LINK180 3D有限应变杆EPCDFGB 另可考虑粘弹塑性E-弹性(Elasticity)，P-塑性(Plasticity)，C-蠕变(Creep)，S-膨胀(Swelling)，D-大变形或大挠度(Large deflection)，F-大应变(Large strain)或有限应变(Finite strain)，B-单元生死(Birth and dead),G-应力刚化(Stress stiffness)或几何刚度(Geometric stiffening)，A-自适应下降(Adaptive descent)等。
ANSYS 中的表面效应单元
ANSYS 中的表面效应单元使用表面效应单元施加载荷* 有时，可能需要施加所使用单元不支持的表面载荷，例如：可能需要在实体结构单元上施加沿表面切向或任何方向的均布载荷；在热实体单元的表面上同时施加热流载荷和对流载荷，或者施加指定的辐射，等。
在这种情况，可以用表面效应单元覆盖需要施加载荷的表面并使用它们作为一个管道以施加所需的载荷。
* 目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。
* 怎样施加如下的压力荷载：–像剪切荷载一样与表面相切的荷载？–像螺栓荷载一样在表面上变化的荷载？–像屋顶上冰载荷一样与面成一定角度的载荷？- 像水压一样的非均布压力载荷？* 表面效应单元为处理这些问题提供了有效的方法。
表面效应单元的特点：* 像“皮肤”一样覆盖在网格表面* 如同面载荷的管道* 很容易创建，一般操作过程如下：- 选择感兴趣表面上的节点；- 激活恰当的单元类型；- 执行 ESURF (或 Preprocessor > Create > Elements > Surf Effect > GenerlSurf > No Extra…)；- 选择所有节点，定义 SURF 单元。
* 对 2-D 和 3-D 模型都有用:– SURF151 & 153 是线单元 (热和结构的)，表示 2-D 模型的边界线。
– SURF152 & 154 是面单元 (热和结构的)，表示 3-D 模型的边界面。
* 本节只讨论 SURF154，其它单元可同样处理。
SURF154 单元，详见参考手册中的描述* SURF154 使用不同的单元面号来接受不同类型的载荷。
* 面号在“Apply PRES on elems”对话框中：Solution > Difine Loads > Apply > Pressures > On Elements，如下所示。
ansys关于薄板、厚板、壳单元的特性区别
一、板壳弯曲理论简介1. 板壳分类按板面内特征尺寸与厚度之比划分：当L/h < (5~8) 时为厚板，应采用实体单元。
当(5~8) < L/h < (80~100) 时为薄板，可选2D 实体或壳单元当L/h > (80~100) 时为薄膜，可采用薄膜单元。
壳类结构按曲率半径与壳厚度之比划分：当R/h >= 20 时为薄壳结构，可选择薄壳单元。
当6 < R/h < 20 时为中厚壳结构，选择中厚壳单元。
当R/h <= 6 时为厚壳结构。
上述各式中h 为板壳厚度，L 为平板面内特征尺度，R 为壳体中面的曲率半径。
2. 薄板理论的基本假定薄板所受外力有如下三种情况：①外力为作用于中面内的面内荷载。
弹性力学平面应力问题。
②外力为垂直于中面的侧向荷载。
薄板弯曲问题。
③面内荷载与侧向荷载共同作用。
所谓薄板理论即板的厚度远小于中面的最小尺寸，而挠度又远小于板厚的情况，也称为古典薄板理论。
薄板通常采用Kirchhoff-Love 基本假定：①平行于板中面的各层互不挤压，即σz = 0。
②直法线假定：该假定忽略了剪应力和所引起的剪切变形，且认为板弯曲时沿板厚方向各点的挠度相等。
③中面内各点都无平行于中面的位移。
薄板小挠度理论在板的边界附近、开孔板、复合材料板等情况中，其结果不够精确。
3. 中厚板理论的基本假定考虑横向剪切变形的板理论，一般称为中厚板理论或Reissner（瑞斯纳）理论。
该理论不再采用直法线假定，而是采用直线假定，同时板内各点的挠度不等于中面挠度。
自Reissner 提出考虑横向剪切变形的平板弯曲理论后，又出现了许多精化理论。
但大致分为两类，如Mindlin（明特林）等人的理论和Власов（符拉索夫）等人的理论。
厚板理论是平板弯曲的精确理论，即从3D 弹性力学出发研究弹性曲面的精确表达式。
4. 薄壳理论的基本假定也称为Kirchhoff-Love（克希霍夫-勒夫）假定：①薄壳变形前与中曲面垂直的直线，变形后仍然位于已变形中曲面的垂直线上，且其长度保持不变。
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10.把 “切向X压力”符号改为箭头: – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols …
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11.选择 everything 并画出单元: – Utility Menu > Select > Everything – Utility Menu > Plot > Elements 12.约束1号面上的全部自由度(螺栓底面 Z=0): – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Structural- Displacement > On Areas +
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7. 把SURF154单元的单元坐标(ESYS)改变为11: – Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Move / Modify > Elements- Modify Attrib + – Utility Menu > List > Elements > Nodes + Attributes – Utility Menu > Plot > Elements
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15.画位移 UY: – Main Menu > General Postproc > Plot Results > -Contour PlotNodal Solu ... 16.存储并退出 ANSYS: – Pick the “QUIT” button in the Toolbar
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7. 建立名为 “e_surf”的所有第2类单元的组件: – Utiltity Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component ... 8. 关闭单元坐标系: – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols …
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9. 在 SURF154 单元上施加10,000 psi切向压力(沿单元 X 方向): – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Structural- Pressure > On Elements +
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13.存储数据库并使用 PCG 迭代求解器求解: – Main Menu > Solution > -Analysis Type- Sol’n Control .. – Pick the “SAVE_DB” button in the Toolbar (or select: Utility Menu > File > Save as Jobname.db) – Main Menu > Solution > -Solve- Current LS 14.进入通用后处理器，把结果坐标系转换为柱坐标，然后打开单元 轮廓线绘等值图: – Main Menu > General Postproc > Options for Outp .. – Utility Menu > PlotCtrls > Style > Edge Options ...
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4. 设置单元类型指针指向2 (SURF154)，并建立表面效应单元: – Main Menu > Preprocessor > -Attributes- Define > Default Attribs … – Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Create > Elements > Surf / Contact- Surf Effect > No extra Node + 5. 选择所有第2类单元，打开单元坐标显示并画出它们: – Utility Menu > Select > Entities … – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols … – Utility Menu > Plot > Elements 6. 在总体坐标原点建立11号局部柱坐标系: – Utility Menu > WorkPlane > Local Coordinate Systems > Create Local CS > At Specified Loc +
ANSYS表面效应单元 表面效应单元
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表面效应单元
螺栓扭转
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说明 • 使用表面效应单元对螺栓模型施加扭转荷载，求解并 在后处理中器中观察整体柱面坐标的UY
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荷载和材料特性
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1. 按教师指定的工作目录，用“bolt-torque”作为作业名，进入 ANSYS。 2. 恢复“bolt-torque.db1”数据库文件: – Utility Menu > File > Resume from … 3. 进入前处理器，选择7号和8号面, 然后选择与7号和8号面相关的结 点: – Main Menu > Preprocessor – Utility Menu > Select > Entities … – Utility Menu > Plot > Nodes