SOLID95.docx
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SOLID95
4.95SOLID95
单元性质:
3维20节点结构单元
有效产品:
MPMEST<><>PR<><><>PPED
SOLID95单元说明
SOLID95是3维8节点实体单元SOLID45的高阶版本。
它可以适应不规则的形状而不会损失太多精确度。
SOLID95单元具有协调的位移性质函数,可以很好的你和模型的曲线边界。
单元定义包括20个节点,每个节点有3个自由度:
在x、y和z方向的平移。
单元方向可以是任意的。
SOLID95具有塑性、蠕变、应力刚度、大变形和大应变能力。
有不同的输出项可供选择。
详细资料可见ANSYS公司理论手册中的SOLID95。
图 95.1 SOLID95单元几何
SOLID95输入数据
本单元的几何形状、节点位置和坐标系见图 95.1 "SOLID95单元几何"。
分别定义节点K、L和S;A和B;O、P和W为相同节点,可以得到棱柱形单元。
也可以形成四面体形和金字塔形单元,如图 95.1 "SOLID95单元几何"所示。
类似的10节点四面体单元为SOLID92。
除节点外,单元输入数据包括正交异性材料特性。
正交异性的方向与单元坐标系方向一致。
单元坐标系的方向在单元坐标系中说明。
单元载荷在节点和单元载荷中说明。
可以输入应力作为单元的表面载荷,如图 95.1 "SOLID95单元几何"中带圆圈的数字所表示。
正压力指向单元内部。
可以输入温度作为单元节点的体载荷。
节点I的温度T(I)默认为TUNIF。
如果未给出所有其它温度,它们默认等于T(I)。
如果给出了所有角节点的温度,各中间节点的温度默认未相邻角节点温度的平均值。
对任何其它温度输入方式,未输入的温度默认等于TUNIF。
当KEYOPT
(1)=1时,确定材料特性方向的方法与壳体单元类似(使用通过中间节点Y-Z-A-B的平面)。
Z轴垂直于该平面,而单元的x轴由x轴在该平面上的投影确定(由ESYS设置)。
如果需要,可以用THETA(一个实数选项)来调整x轴。
在载荷步之间,THETA不能改变。
在一定的分析中,可以用LUMPM设置使用集中质量矩阵公式。
虽然对大多数问题一致质量矩阵给出较好的结果,但在使用Guyan减缩法分析时集中质量矩阵可能更好。
参数KEYOPT(5)和(6)提供不同的单元输出选项(见单元结果)。
可以通过ISTRESS或ISFILE命令给本单元施加一个初应力状态。
更多信息见ANSYS基本分析指南中的初应力。
也可以设置KEYOPT(9)=1以便由用户子程序USTRESS中读入初始应力。
关于用户子程序的详细资料,见ANSYS用户程序特性指南。
用SOLCONTROL,,,INCP可以包含压力载荷刚度影响。
如果在压力载荷刚度影响中需要不对称矩阵,用NROPT,UNSYM
单元输入汇总于"SOLID95输入汇总"。
对于本单元输入的一般说明见"单元输入"。
SOLID95输入汇总
节点:
I,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z,A,B
自由度
UX,UY,UZ
实常数
THETA–调整x轴(仅用于KEYOPT
(1)=1)
材料特性
EX,EY,EZ,ALPX,ALPY,ALPZ(orCTEX,CTEY,CTEZorTHSX,THSY,THSZ),PRXY,PRYZ,PRXZ(orNUXY,NUYZ,NUXZ),DENS,GXY,GYZ,GXZ,DAMP
面载荷
压力-
面1(J-I-L-K),面2(I-J-N-M),面3(J-K-O-N),
面4(K-L-P-O),面5(L-I-M-P),面6(M-N-O-P)
体载荷
温度-
T(I),T(J),...,T(Z),T(A),T(B)
求解能力
·塑性;
·蠕变;
·辐射膨胀;
·应力刚度;
·大变形;
·大应变;
·生死单元;
·自适应下降。
·初应力输入。
关键选项
KEYOPT
(1)-单元坐标系
0 -默认
材料特性的方向采用由中间节点(Y-Z-A-B)确定的平面,z轴垂直于该平面,x轴(由ESYS)投影到该平面上
KEYOPT(5)-额外的单元输出
0 -基本的单元输出;
1 -对所有积分点重复基本输出;
2 -使出节点应力。
KEYOPT(6)-额外的表面输出
0 -基本的单元输出;
1 -对I-J-N-M面进行输出
2 -对I-J-N-M和K-L-P-O面进行输出(仅对线性材料有效)。
3 -在各积分点进行非线性面输出
4 -对具有非零压力的面进行输出
KEYOPT(9)-初始应力子程序选项(只能通过直接输入KEYOPT命令使用):
0 -不通过用户子程序提供初始应力(默认);
1 -由用户子程序读入初始应力(关于用户子程序的写法,见ANSYS用户程序特性指南)。
KEYOPT(11)-积分准则:
0 -非减缩积分(默认);
1 -对六面体采用2x2x2积分。
对于三种预定义的失效准则的解释见ANSYS理论手册中的失效准则。
关于失效准则的完整讨论请参考失效准则。
SOLID95输出数据
与单元有关的结果输出有两种形式:
·包括在整个节点解中的节点位移。
·附加的单元输出,见表95.1"SOLID95单元输出定义"。
图 95.2 SOLID95应力输出
在图95.2"应力输出"中显示了若干输出项。
单元应力的方向平行于单元坐标系。
表面应力输出在表面坐标系中,且可用于任何面(KEYOPT(6))。
对于面I-J-N-M和面K-L-P-O,坐标系显示在图95.2"应力输出"中。
其它表面坐标系与受压表面节点说明中的方向类似。
表面输出仅对单元结果中说明的情况有效。
SXY分量时该平面内的剪切应力。
在"结果输出"中给出了对于结果输出的一般说明;查看的方法见"ANSYS基本分析指南"。
单元输出定义表使用如下标记:
在名称列中的冒号(:
)表示该项可以用分量名方法[ETABLE,ESOL]处理;O列表示该项可用于Jobname.OUT文件;R列表示该项可用于结果文件。
无论O列或R列,Y表示该项总是可用的,一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件;而减号"-"表示该项不可用。
表95.1SOLID95单元输出定义
名称
定义
O
R
EL
单元号和名称
Y
Y
CORNERNODES
单元角节点I,J,K,L,M,N,O,P
Y
Y
MAT
单元材料号
Y
Y
VOLU
单元体积
Y
Y
XC,YC,ZC
结果显示点位置
Y
5
PRES
压力:
P1在节点J,I,L,K;P2在I,J,N,M;
P3在J,K,O,N;P4在K,L,P,O;
P5在L,I,M,P;P6在M,N,O,P。
Y
Y
TEMP
输入温度:
T(I),T(J),…T(Z),T(A),T(B)
Y
Y
S:
X,Y,Z,XY,YZ,ZX
应力
Y
Y
S:
1,2,3
主应力
Y
Y
S:
INT
应力强度
Y
Y
S:
EQV
当量应力
Y
Y
EPEL:
X,Y,Z,XY,YZ,ZX
弹性应变
Y
Y
EPEL:
1,2,3
弹性主应变
Y
-
EPEL:
EQV
当量弹性应变[6]
Y
Y
EPTH:
X,Y,Z,XY,YZ,ZX
平均热应变
1
1
EPTH:
EQV
当量热应变[6]
1
1
EPPL:
X,Y,Z,XY,YZ,ZX
平均塑性应变
1
1
EPPL:
EQV
当量塑性应变[6]
1
1
EPCR:
X,Y,Z,XY,YZ,ZX
平均蠕变应变
1
1
EPCR:
EQV
当量蠕变应变[6]
1
1
EPSW
辐射膨胀应变
1
1
NL:
EPEQ
平均当量塑性应变
1
1
NL:
SRAT
真实应力与屈服表面应力之比
1
1
NL:
SEPL
由应力-应变曲线得到的平均当量应力
1
1
NL:
HPRES
静水压
-
1
FACE
表面编号
2
2
AREA
表面面积
2
2
TEMP
表面平均温度
2
2
EPEL(X,Y,XY)
表面弹性应变
2
2
PRES
表面压力
2
2
S(X,Y,XY)
表面应力(x轴平行于定义该面的头两个节点所单元的线)
2
2
S(1,2,3)
表面主应力
2
2
SINT
表面应力强度
2
2
SEQV
表面当量应力
2
2
FC1,...,FC6,FCMAX
各积分点上的失效准则值和最大值
3
-
FC
失效准则号
4
Y
VALUE
该准则的最大值(如果该值超过9999.999,则输出9999.999)
4
Y
LN
出现最大值的层号
4
Y
EPELF(X,Y,Z,XY,YZ,XZ)
造成单元中失效准则最大值的弹性应变(在层的局部座标中)
4
Y
SF(X,Y,Z,XY,YZ,XZ)
造成单元中失效准则最大值的应力(在层的局部座标中)
4
Y
LOCI:
X,Y,Z
积分点位置
4
Y
注解:
1.非线性结果(仅当单元材料为非线性时);
2.表面输出(如果KEYOPT(6)为1、2或4);
3.仅当KEYOPT(6)=1、KEYOPT(5)=1和失效准则由(TB,FAIL)指定时输出。
4.失效准则计算的汇总。
输出每一个失效准则的弹性应变和应力,以及所有失效准则的最大值(FCMAX)。
仅当KEYOPT
(1)=1且用(TB,FAIL)指定失效准则时输出。
5.只能用于单元中心点,做为一个*GET项。
6.当量应变用有效波松比计算:
对弹性和热问题-由(MP,PRXY)设定;对塑性和蠕变问题-取为0.5。
表 95.2 SOLID95其它单元输出
说明
名称
O
R
非线性积分点的结果
EPPL,EPEQ,SRAT,SEPL,HPRES,EPCR
1
-
积分点应力结果
TEMP,S,SINT,SEQV,EPEL
2
-
节点应力结果
TEMP,S,SINT,SEQV,EPEL
3
-
注解:
1.如果单元材料为非线性且KEYOPT(6)=3,在每个积分点输出。
2.如果KEYOPT(5)=1,在每个积分点输出。
3.如果KEYOPT(5)=2,在每个节点输出。
在表95.3"SOLID95输出项和序列号"中列出了可以通过ETABLE命令,采用序列号方法输出的内容。
更多资料见ANSYS基本分析指南中的一般后处理以及本手册中的输出项和序列号。
表95.3"SOLID95输出项和序列号"中使用以下标志:
Name-与表95.1"SOLID95单元输出定义"中相同定义的输出量;
Item-用于ETABLE命令的预先定义的输出项;
E-对于单值或常数型单元数据的序列号;
I,J,……P–节点I,J,……P处数据的序列号。
表95.3SOLID95输出项和序列号
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
Item
I
J
K
L
M
N
O
P
P1
SMISC
2
1
4
3
-
-
-
-
P2
SMISC
5
6
-
-
8
7
-
-
P3
SMISC
-
9
10
-
-
12
11
-
P4
SMISC
-
-
13
14
-
-
16
15
P5
SMISC
18
-
-
17
19
-
-
20
P6
SMISC
-
-
-
-
21
22
23
24
S:
1
NMISC
1
6
11
16
21
26
31
36
S:
2
NMISC
2
7
12
17
22
27
32
37
S:
3
NMISC
3
8
13
18
23
28
33
38
S:
INT
NMISC
4
9
14
19
24
29
34
39
S:
EQV
NMISC
5
10
15
20
25
30
35
40
下列输出项仅在KEYOPT
(1)=1并用(TB,FAIL)指定失效准则时可以使用。
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
项
编号
FCMAX
NMISC
61
VALUE
NMISC
62
FC
NMISC
62+15(N-1)+1
VALUE
NMISC
62+15(N-1)+2
LN(=1)
NMISC
62+15(N-1)+3
EPELFX
NMISC
62+15(N-1)+4
EPELFY
NMISC
62+15(N-1)+5
EPELFZ
NMISC
62+15(N-1)+6
EPELFXY
NMISC
62+15(N-1)+7
EPELFYZ
NMISC
62+15(N-1)+8
EPELFXZ
NMISC
62+15(N-1)+9
SFX
NMISC
62+15(N-1)+10
SFY
NMISC
62+15(N-1)+11
SFZ
NMISC
62+15(N-1)+12
SFXY
NMISC
62+15(N-1)+13
SFYZ
NMISC
62+15(N-1)+14
SFXZ
NMISC
62+15(N-1)+15
注解:
N为失效准则号:
N=1为第一个失效准则,N=2为第2个失效准则,依此类推。
关于使用ETABLE命令输出表面结果的输出项和序列号,见本手册中的表面结果。
SOLID95假设和限制
·单元不能有零体积。
·单元不能扭曲,以至分为两个单独的体积。
这种情况的出现通常由于节点编号顺序不正确。
·单元节点的编号可以和图95.1"SOLID95几何"所示相同,也可以将IJKL和MNOP平面对换。
·在删除中间节点的边界上,位移为线性变化,而不再是二次变化。
关于使用中间节点的详细资料见ANSYS建模和分网指南中的二次单元(中间节点)。
·使用退化的金字塔单元必须谨慎。
在退化时,单元尺寸必须很小,以便使应力提督最小化。
金字塔单元最好用在圆角或网格转换部分。
SOLID95产品限制
对于以下产品,将在上述一般假设的基础上再施加一定的限制:
ANSYSProfessional.
·不允许阻尼材料特性;
·特殊求解功能只有应力刚度;
·KEYOPT(6)=3不能用。