solid227.docx
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solid227
SOLID227
三维10节点耦合实体单元
单元描述
SOLID227单元可以进行结构，热学，电学，热电，压阻和压电等方面的分析。
该单元有十个节点，每个节点有4个自由度。
SOLID227单元有着大挠度和应力刚化的能力。
像焦耳加热一样，热电分析包括塞贝克，珀耳帖效应和汤姆逊效应。
有关这种单元的更多细节请参考ANSYS，Inc.理论参考里的SOLID227部分。
其它的耦合场单元有SOLID5，PLANE13，SOLID62，SOLID98，PLANE223和SOLID226。
图227.1SOLID227几何描述
SOLID227输入数据
该单元的几何，节点位置和坐标系见图227.1SOLID227几何描述。
单元的输入数据包含10个节点和结构，热学和电学等材料性质。
单位制（MKS或者用户自定义）可以通过EMUNIT命令来确定。
EMUNIT也决定了真空下介电常数EPZRO的值。
EMUNIT的缺省单位制是MKS，EPZRO的缺省值是8.85e-12法/米。
KEYOPT
（1）决定了单元自由度和相应的力标记及其反作用解。
KEYOPT
（1）的值等于场关键值之和，这在表227.1SOLID227场关键值里有所表述。
例如，对于压电分析来说，KEYOPT
（1）的值应设为1001（结构场关键值+静电场关键值=1+1000）。
对于压电分析来说，UX，UY和VOLT是自由度标记，而力和电荷是反作用解。
表227.1SOLID227场关键值
场
场关键值
自由度标记
力标记
反作用解
结构
1
UX，UY，UZ
FX，FY，FZ
力
热
10
TEMP
HEAT
热流
导电
100
VOLT
AMPS
电流
静电
1000
VOLT
CHRG
电荷
三种类型的耦合场分析目前是可行的：
热电，压阻和压电。
KEYOPT
（1）的设置和自由度设置见下面的表格。
表227.2SOLID227耦合场DOF设置
分析类型
KEYOPT
（1）
DOF标记
力标记
反作用解
热电
110
TEMP，VOLT
HEAT，
AMPS
热流，
电流
压阻
101
UX，UY，UZ
VOLT
FX，FY，FZ
AMPS
力，电流
压电
1001
UX，UY，UZ
VOLT
FX，FY，FZ
CHRG
力，
电荷（负）
如下表所示，对材料性质的要求既包括那些在单一场（结构，热，电导，静电）中的也有那些在耦合场中的。
材料性质可以通过MP和TB命令来定义。
表227.3SOLID227材料性质
分析类型
KEYOPT
（1）
材料性质
热电型
110
热
KXX，KYY，KZZ，
DENS，C，ENTH
电
RSVX，RSVY，
RSVZ，PERX，
PERY，PERZ
耦合
SBKX，SBKY，
SBKZ
压阻型
101
结构
EX，EY，EZ，PRXY，
PRYZ，PRXZ（orNUXY,
NUYZ,NUXZ）,GXY,GYZ,
GXZ,ALPX,ALPY,ALPZ（or
CTEX,CTEY,CTEZ,or
THSX,THSY,THSZ）,DENS,
DAMP,ANEL
电
RSVX，RSVY，RSVZ，
PERX，PERY，PERZ
耦合
PZRS
压电型
1001
结构
EX,EY,EZ,PRXY,PRYZ,
PRXZ（orNUXY,NUYZ,
NUXZ）,GXY,GYZ,GXZ,
ALPX,ALPY,ALPZ（or
CTEX,CTEY,CTEZ,or
THSX,THSY,THSZ）,DENS,
DAMP,ANEL
电
PERX,PERY,PERZ,DPER,
LSST
耦合
PIEZ
各种各样的节点载荷组合对于这种元素是有效的（这依赖于KEYOPT
（1）的值）。
节点载荷可以通过D和F命令来定义。
单元载荷在节点与单元载荷里有所描述。
如图227.1SOLID227几何描述里所示的数字一样，施加在这些单元表面上的载荷可能被要求用SF和SFE命令输入。
正压力作用指向单元内部。
体载荷可能被作为施加在单元节点上的载荷而输入，或者使用BF和BFE命令作为一个单一的元素值。
PLANE227表面载荷和体载荷的类型及具体形式间下面的表格。
CHRGS和CHRGD被分别解释为负表面电荷密度和负体积电荷密度。
表227.4PLANE227表面载荷和体载荷
分析类型
KEYOPT
（1）
载荷类型
载荷
命令标识符
热电型
110
面载荷
对流，传导，
和
辐射—
面1（J-I-K），
面2（I-J-L），
面3（JKL），
面4（K-I-L）
CONV
HFLUX
RDSF
体载荷
热源—HG（I），
HG（J），…，
HG（R）
HGEN
压阻型
101
面载荷
压力—
面1（J-I-K），
面2（I-J-L），
面3（JKL），
面4（K-I-L）
PRES
体载荷
温度—T（I），
T（J），…，
T（R）
TEMP
压电型
1001
面载荷
压力和表面
电荷密度—
面1（J-I-K），
面2（I-J-L），
面3（JKL），
面4（K-I-L）
PRES
CHRGS
体载荷
温度--T（I），
T（J），…，
T（R）
TEMP
体积电荷密度—
CHRGD（I），
CHRGD（J），
…，
CHRGD（R），
CHRGD
在SOLID227输入摘要中给出了单元输入的数据一览。
在单元输入里给出了单元输入的一般性说明。
有关轴对称的应用请参考轴对称单元。
SOLID227输入摘要
节点I，J，K，L，M，N，O，P，Q，R
自由度通过KEYOPT
（1）来设置。
参考表227.2SOLID227耦合场DOF设置。
实常数无
材料性质参考表227.3SOLID227材料性质。
表面载荷
压力—面1（J-I-K），面2（I-J-L），面3（J-K-L），面4（K-I-L）
表面电荷密度（压电型分析）
体载荷
温度--T（I），T（J），T（K），T（L），T（M），T（N），T（O），T（P），T（Q），T（R）
特殊性能
大挠度
应力刚化
KEYOPT
（1）
单元自由度数。
参考表227.2SOLID227耦合场DOF设置。
SOLID227输出数据
与该单元相关的解的输出有两种形式：
●节点自由度已包含在整体节点解之中
●其它的单元输出参考表227.5SOLID227单元输出说明
单元输出方向和单元的坐标系是平行的。
在结果输出部分有对结果输出的一般性说明。
有关查看结果的方法参考ANSYS基本分析指南。
单元输出说明表格采用以下符号：
在名称栏里的冒号表明该项可以通过组件名方法[ETABLE，ESOL]来查看。
O列表明该项在文件Jobname.OUT里是否可见。
R列表明该项在结果文件里是否可见。
无论在O列还是R列，Y表示该项一直是可见的，表格脚注的数字表示该项是有条件的可见，一个“-”表示该项不可见。
表227.5SOLID227单元输出说明
名称
说明
O
R
EL
单元序号
-
Y
NODES
节点–I,J,K,L,M,N,O,P
-
Y
MAT
材料序号
-
Y
VOLU
体积
-
Y
XC,YC,ZC
出现在报告中结果的位置
-
2
压阻型分析（KEYOPT
（1）=101）
TEMP
输入温度T（I），T（J），…，T（R）
-
Y
S：
X，Y，Z，XY，YZ，XZ
应力
-
1
S：
1，2，3
主应力
-
1
S：
EQV
等效应力
-
1
EPEL：
X，Y，Z，XY，YZ，XZ
弹性应变
-
1
EPEL：
1，2，3
主弹性应变
-
1
EPEL：
EQV
等效弹性应变[3]
-
1
EPTH：
X，Y，Z，XY，YZ，XZ
热应变
-
1
EPTH：
EQV
等效热应变[3]
-
1
EF：
X，Y，Z，SUM
电场分量（X，Y，Z）和矢量值
-
1
JC：
X，Y，Z，SUM
传导电流密度分量（X，Y，Z）和矢量值
-
1
JS：
X，Y，Z，SUM
电流密度分量和矢量值[4]
1
1
JHEAT
每单位体积产生的焦耳热[5]
-
1
压电型分析（KEYOPT
（1）=1001）
TEMP
输入温度T（I），T（J），…，T（R）
-
Y
S：
X，Y，Z，XY，YZ，XZ
应力
-
1
S：
1，2，3
主应力
-
1
S：
EQV
等效应力
-
1
EPEL：
X，Y，Z，XY，YZ，XZ
弹性应变
-
1
EPEL：
1，2，3
主弹性应变
-
1
EPEL：
EQV
等效弹性应变[3]
-
1
EPTH：
X，Y，Z，XY，YZ，XZ
热应变
-
1
EPTH：
EQV
等效热应变[3]
-
1
EF：
X，Y，Z，SUM
电场分量（X，Y，Z）和矢量值
-
1
D：
X，Y，Z，SUM
电通量密度分量（X，Y，Z）和矢量值
-
1
JS：
X，Y，Z，SUM
电流密度分量和矢量值[4]
1
1
JHEAT
每单位体积产生的焦耳热[5]，[6]
-
1
UE
存储弹性能
-
1
UD
存储电介质能量
-
1
UM
存储互能
-
1
热电型分析（KEYOPT
（1）=110）
TG：
X，Y，Z，SUM
热梯度分量和矢量值
-
1
TF：
X，Y，Z，SUM
热流分量和矢量值
-
1
EF：
X，Y，Z，SUM
电场分量和矢量值
-
1
JC：
X，Y，Z，SUM
传导电流密度分量和矢量值
1
1
JS：
X，Y，Z，SUM
电流密度分量和矢量值[4]
-
1
JHEAT
每单位体积产生的焦耳热[5]，[6]
1
1.结果值只有当计算出的时候才是可见的（基于输入的数据）。
2.只有形心处的值为可获得项时才是可见的。
3.等效应变使用了一种有效的泊松比：
对于弹性和热分析这个值是由用户自定义的（MP，PRXY）。
4.JS代表传导电流和位移电流的密度之和。
5.计算出的每单位体积所产生的焦耳热率为后续使用热学单元进行热学分析时是有效的。
6.对于一个依赖时间的谐波分析来说，焦耳热的损耗是以时间平均计算的。
这些值被同时按实部和虚部来存储的。
表227.5SOLID227单元输出说明列出了有效的输出项，它是通过ETABLE命令使用序列号方法列出的。
参考本手册的项目和序列号表以及ANSYS基本分析指南里的通用后处理（POST1）来获取更多信息。
下面的记号在表227.6SOLID227项目与序列号里有所使用。
Name
在表227.5SOLID227单元输出说明里定义的输出量
Item
为ETABLE命令预先确定的项目标记
E
单一值或者单元实常数的序列号
表227.6SOLID227项目与序列号
输出量名称
ETABLE命令输入
Item
E
UE
NMISC
1
UD
NMISC
2
UM
NMISC
3
SOLID227假设与使用限制
●当NLGEOM设为开时，SSTIF默认为关。
●在压电分析中，电荷负载被解释为负电荷或者负电荷密度。
●该单元可能与其它包含VOLT自由度的单元不相容。
为保证相容，单元必须有同样的反作用解（参考ANSYS低频电磁分析指南里的单元相容性部分）。
●热电和压阻分析需要一个迭代解。
SOLID127产品限制
对该单元并没有特定产品的限制。
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