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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

单元号和名称

CORNERNODES

单元角节点I,J,K,L,M,N,O,P

MAT

单元材料号

VOLU

单元体积

XC,YC，ZC

结果显示点位置

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。

TEMP

输入温度:

T（I）,T（J）,…T（Z）,T（A）,T（B）

X,Y,Z,XY,YZ,ZX

应力

1,2,3

主应力

INT

应力强度

EQV

当量应力

EPEL:

X,Y,Z,XY,YZ,ZX

弹性应变

EPEL：

1,2,3

弹性主应变

EPEL:

EQV

当量弹性应变[6]

EPTH:

X,Y,Z,XY,YZ,ZX

平均热应变

EPTH:

EQV

当量热应变[6]

EPPL:

X,Y,Z,XY,YZ,ZX

平均塑性应变

EPPL:

EQV

当量塑性应变[6]

EPCR:

X,Y,Z,XY,YZ,ZX

平均蠕变应变

EPCR:

EQV

当量蠕变应变[6]

EPSW

辐射膨胀应变

NL：

EPEQ

平均当量塑性应变

NL：

SRAT

真实应力与屈服表面应力之比

NL：

SEPL

由应力-应变曲线得到的平均当量应力

NL：

HPRES

静水压

FACE

表面编号

AREA

表面面积

TEMP

表面平均温度

EPEL（X,Y,XY）

表面弹性应变

PRES

表面压力

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）

S（1,2,3）

表面主应力

SINT

表面应力强度

SEQV

表面当量应力

FC1,...,FC6,FCMAX

各积分点上的失效准则值和最大值

失效准则号

VALUE

该准则的最大值（如果该值超过9999.999，则输出9999.999）

出现最大值的层号

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）

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）

LOCI:

X,Y,Z

积分点位置

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

非线性积分点的结果

EPPL,EPEQ,SRAT,SEPL,HPRES,EPCR

积分点应力结果

TEMP,S,SINT,SEQV,EPEL

节点应力结果

TEMP,S,SINT,SEQV,EPEL

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

SMISC

NMISC

INT

NMISC

EQV

NMISC

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

VALUE

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。

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