ANSYS手册.docx

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ANSYS手册

Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。

每个自由度的质量和惯性矩分别定义。

Link1可用于各种工程应用中。

根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。

这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。

X,y,方向。

铰接，没有弯矩。

Link8可用于不同工程中的杆。

可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。

3维杆元素是单轴拉压元素。

每个点有3个自由度。

X,y,z方向。

作为铰接结构，没有弯矩。

具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。

Link103维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。

对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。

此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。

当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。

该元素是shell41的线形式，keyopt

（1）=2,’cloth’选项。

如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8和pipe59）代替。

当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。

但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。

在这种情况下，要用其他的元素或在link10中使用‘显示动力’技术。

Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。

在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。

具有应力强化和大变形能力。

Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。

此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。

X,y,z方向。

没有弯扭荷载。

Link180可用于不同的工程中。

可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。

此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。

X,y,z方向。

作为胶接结构，不考虑弯矩。

具有塑性，徐变，旋转，大变形，大应变能力。

link180在任何分析中都包括应力强化项（分析中，nlgeon,on），此为缺省值。

支持弹性，各向同性硬化塑性，运动上的硬化塑性，希尔各向异性塑性，chaboche非线性硬化塑性和徐变等。

Beam3单轴元素，具有拉，压，弯性能。

在每个节点有3个自由度。

X,y,方向以及绕z轴的旋转。

Beam4是具有拉压扭弯能力的单轴元素。

每个节点有6个自由度，x,y,z,绕x,y,z轴。

具有应力强化和大变形能力。

在大变形分析中，提供了协调相切劲度矩阵选项。

Beam23单轴元素，拉压和受弯能力。

每个节点有3个自由度。

该元素具有塑性，徐变，膨胀能力。

如果这些影响都不需要，可使用beam3，2维弹性梁。

Beam243维薄壁梁。

单轴元素，任意截面都有拉压、弯曲和St.Venant扭转能力。

可用于任何敞开的和单元截面。

该元素每个节点有6个自由度：

x,y,z和绕x,y,z方向。

该元素在轴向和自定义的截面方向都具有塑性，徐变和膨胀能力。

若不需要这些能力，可用弹性梁beam4或beam44。

Pipe20和beam23也具有塑性，徐变和膨胀能力。

截面是通过一系列的矩形段来定义的。

梁的纵轴向方向由第三个节点指明。

Beam443维弹性锥形不对称梁。

单轴元素，具有拉压扭和弯曲能力。

该元素每个节点有6个自由度：

x,y,z和绕x,y,z方向。

该元素允许每个端点具有不均匀几何特性，并且允许端点与梁的中性轴偏移。

若不需要这些特性，可采用beam4。

该元素的2维形式是beam54。

该元素也提供剪应变选项。

还提供了输出作用于单元上的与单元同方向的力的选项。

具有应力强化和大变形能力。

Beam54单轴元素，拉压和受弯能力.每个节点有3个自由度。

该元素允许在端点有不均匀几何性质。

允许端点偏移梁的轴心。

无塑性徐变或膨胀能力。

有应力强化能力。

剪切变形和弹性基础影响也体现在选项中。

还可打印作用于元素上的沿元素方向的力。

Beam1883维线性有限应力梁。

适用于分析短粗梁结构。

该元素基于timoshenko梁理论。

包括剪应变。

Beam188是一个三维线性（2节点）梁。

每个节点有6或7个自由度，具体依赖于keyopt

（1）的值。

Keyopt

（1）=0为每个节点6个自由度。

包括x,y,z方向和绕x,y,z方向。

＝1还考虑了扭转自由度。

该元素适用于线性，大旋转和大应变非线性。

包括应力强化项在任何分析中，都缺省为nlgeom=on.。

该选项为元素提供了分析曲屈、侧移和扭转的能力。

Beam1893维二次有限应力梁。

适用于分析短粗梁结构。

该元素基于timoshenko梁理论。

包括剪应变。

Beam189是一个三维二次（3节点）梁。

每个节点有6或7个自由度，具体依赖于keyopt

（1）的值。

Keyopt

（1）=0为每个节点6个自由度。

包括x,y,z方向和绕x,y,z方向。

＝1还考虑了扭转自由度。

该元素适用于线性，大旋转和大应变非线性。

包括应力强化项在任何分析中，都缺省为nlgeom=on.。

该选项为元素提供了分析曲屈、侧移和扭转的能力。

Plane22维6节点3角形结构实体。

具有二次位移，适用于模拟不规则网格。

该元素有6个结点定义，每个节点2个自由度，分比为x，y方向。

可将其用于平面单元（平面应力或平面应变）或是轴对称单元。

具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。

Plane25轴对称协调4节点结构体。

用于承受非轴对称荷载的2维轴对称结构。

如弯曲，剪切或扭转。

该元素由4个节点定义，每个节点3个自由度：

x,y,z方向。

对于非扭转节点，这3个方向分别代表半径，轴向和切线方向。

给元素是plane42的一般模式，2为结构单元，和在不一定为轴对称。

Plane422维实体。

该元素即可用于平面单元（平面应力或平面应变）也可用于轴对称单元。

该元素由4个节点定义，每个节点2个自由度：

x,y方向。

具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。

Plane82二维8节点实体。

该元素是plane42的高次形式。

它为混合（四边形－三角形）自动网格划分提供了更精确的求解结果，并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。

8节点元素具有位移协调形状，适用于模拟弯曲边界。

该元素由8个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。

可用于平面单元也可用于轴对称单元。

具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。

并提供不同的输出选项。

Plane83二维8节点实体。

用于承受非轴对称荷载的2维轴对称结构。

如弯曲，剪切或扭转。

该元素每个节点3个自由度：

x,y,z方向。

对于非扭转节点，这3个方向分别代表半径，轴向和切线方向。

该元素是plane25的高次形式。

它为混合（四边形－三角形）自动网格划分提供了更精确的求解结果，并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。

该元素也是plane82的一般轴向形式，其荷载不需要对陈。

Plane145二维四边形实体p-元素。

Plane145是一个四边形p-元素，支持最高为8次的多项式。

该元素由8个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。

可用于平面单元也可用于轴对称单元。

Plane146二维三角形实体p-元素。

Plane145是一个三角形p-元素，支持最高为8次的多项式。

该元素由6个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。

可用于平面单元也可用于轴对称单元。

Plane1822维4节点实体。

该元素用于2维模型。

可用于平面单元也可用于轴对称单元。

该元素由4个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。

可用于平面单元也可用于轴对称单元。

具有塑性，超弹性，应力强化，大变形，大应变能力。

可用来模拟几乎不能压缩的次弹性材料和完全不能压缩的超弹性材料的变形。

Plane1832维8节点实体。

具有二次位移，适用于模拟不规则网格。

该元素由8个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。

可用于平面单元也可用于轴对称单元。

具有塑性，超弹性，应力强化，大变形，大应变能力。

可用来模拟几乎不能压缩的次弹性材料和完全不能压缩的超弹性材料的变形。

支持初始应力。

并提供不同的输出选项。

Solid453-D实体。

用于3维实体结构模型。

8个节点，每个节点3个自由度，x,y,z三个方向。

该元素有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形和大应变能力。

提供带有沙漏控制的缩减选项。

各向异性选用solid64.。

solid45的高次形式使用solid95.

Solid463维8节点分层实体。

是solid45的分层形式，用于模拟分层壳或实体。

该元素允许达到250层。

如果需要超过250层，需要用到一个构成矩阵选项。

该元素也可通过选择的方法进行累积。

每个节点有3个自由度：

x,y,z方向。

Solid643维各向异性实体。

该元素有8个节点定义，每个节点3个自由度：

x,y,z方向。

具有应力强化和大变形能力。

提供限制特大位移以及定义输出位置的选项。

该元素有各种不同的应用，如用于晶体和合成物。

Solid653维钢筋混凝土实体。

该元素用含钢筋或不含钢筋的3维实体。

该实体能被拉裂或压碎。

用于混凝土时，例如，元素的实体能力可以用来模拟混凝土，而钢筋能力用来模拟钢筋性能。

在其他情况下，该元素还可用于加固合成物（如玻璃纤维）和地质材料（如石块）。

元素由8个节点定义，每个节点3个自由度：

x,y,z方向。

可以定义3个不同钢筋。

混凝土元素与solid45相似，只是比它多了能被拉裂和压碎的能力。

该元素最重要的方面是它具有非线性材料的性能。

混凝土可以（在三个正交方向）开裂、压碎、塑性变形和徐变。

钢筋可以抗拉压，但不能抗剪。

也可以具有塑性变形和徐变的性能。

Solid923维10节点四面体结构实体。

具有二次位移，适用于模拟不规则网格。

该元素由10个节点定义，每个节点3个自由度：

x,y,z方向。

具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。

在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。

按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板

壳结构和实体结构。

  杆系结构：

其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它

两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的

梁。

单元类型有杆、梁和管单元（一般称为线单元）

  板壳结构：

是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺

度的结构，如平板结构和壳结构。

单元为壳单元

  实体结构：

则是指三个方向的尺度约为同量级的结构，

例如挡土墙、堤坝、基础等。

单元为3D实体单元和2D

实体单元

    杆系结构：

①当构件15>L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。

②当构件L/h≥15时,采用不考虑剪切变形的梁单元。

③BEAM18X系列可不必考虑的上限，但在使用时必须

达到一定程度的网格密度。

对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必

须考虑剪切变形的影响。

  板壳结构：

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，选2D体元或壳元

当L/h>80～100时,采用薄膜单元。

对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄

壳单元，否则选择中厚壳单元。

对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。

   杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。

该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有

平动自由度。

不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、

大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应

变）、应力刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等

功能

⑴杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11

无面积参数）。

仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变

化。

杆元中的应力相同，可考虑初应变。

⑵LINK10属非线性单元，需迭代求解。

LINK11可作用线

荷载；仅有集中质量方式。

⑶LINK180无实常数型初应变，但可输入初应力文件，

可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变

化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。

⑷通常用LINK1和LINK8模拟桁架结构，如屋架、网架、

网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、

拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构

不能是几何可变的，否则造成位移超限的提示错误。

LINK10可模拟绳索、地基弹簧、支座等，如斜拉桥的

斜拉索、悬索、索网结构、缆风索、弹性地基、橡胶

支座等。

LINK180除不具备双线性特性（LINK10）外，它

均可应用于上述结构中，并且其可应用的非线性性质

更加广泛，增加了粘弹塑性材料。

⑸LINK1、LINK8和LINK180单元还可用于普通钢筋和预

应力钢筋的模拟，其初应变可作为施加预应力的方式

之一。

  梁单元分为多种单元，分别具有不同的特性，是

一类轴向拉压、弯曲、扭转（3D）单元。

该类单元有常

用的2D/3D弹性梁元、塑性梁元、渐变不对称梁元、

3D薄壁梁元及有限应变梁元。

此类单元除BEAM189实

为3节点外，其余均为2节点，但有些辅以另外的节点

决定单元的方向（如表1-5中的节点数）。

单元使用另外应注意的问题：

⑴梁单元面积和长度不能为零，且2D梁元必须位于XY平面

内。

⑵剪切变形的影响：

当梁的高度远小于跨度时可忽略剪切

变形的影响。

经典梁元基于变形前后垂直于中面的截面变形

后仍保持垂直的Kirchhoff假定，例如当剪切变形系数为零时

的BEAM3或BEAM4。

但考虑剪切变形的梁弯曲理论中，仍

假定原来垂直于中面的截面变形后仍保持平面，（但不一定

垂直），ANSYS考虑剪切变形影响采用两种方法，即在经典

梁元的基础上引入剪切变形系数（BEAM3/4/23/24/44/54）和

Timoshenko梁元（BEAM188/189），前者的截面转角由挠度

的一次导数导出，而后者则采用了挠度和截面转角各自独立

插值，这是两者的根本区别。

⑶自由度释放：

梁元中能够利用自由度释放的单元

有BEAM44单元，通过keyopt（7）和keyopt（8）设定释放I

节点和J节点的各个自由度。

而高版本中的

BEAM188/189也可通过ENDRELEASE命令对自由度

进行释放，如将刚性节点设为球铰等。

⑷梁截面特性：

能够采用梁截面特性的有BEAM44

和BEAM188/189三个单元。

BEAM44截面不变时才能采

用梁截面，在不使用梁截面而输入实常数时可以采用

变截面。

BEAM188/189在V8.0以上版本中可使用变截

面的梁截面，且可以采用不同材料组成的梁截面，而

BEAM44则不可。

同时BEAM188/189支持约束扭转，

通过激活第七个自由度使用。

⑸BEAM23/24实常数的输入比较复杂。

BEAM23可

输入矩形截面、薄壁圆管、圆杆和一般截面的几何尺

寸来定义截面。

BEAM24则通过一系列的矩形段来定

义截面。

⑹荷载特性：

梁单元大多支持单元跨间分布荷载、集

中荷载和节点荷载。

但BEAM188/189不支持跨间集

中荷载和跨间部分分布荷载。

特别注意的是梁单元的

分布荷载是施加在单元上，而不是施加在几何线上。

⑺应力计算：

对于输入实常数的梁元，其截面高度

仅用于计算弯曲应力和热应力，并且假定其最外层纤

维到中性轴的距离为梁高的一半。

因此关于水平轴不

对称的截面，其应力计算是没有意义的。

2D实体单元是一类平面单元，可用于平面应力、

平面应变和轴对称问题的分析，此类单元均位于XY平

面内，且轴对称分析时Y轴为对称轴。

单元由不同的

节点组成，但每个节点的自由度均为2个（谐结构实体

单元除外），即Ux和Uy。

⑴单元插值函数及说明:

PLANE2是协调元。

PLANE42可为协调元或为非协调元，当退化时为常

应变三角形单元。

PLANE82是PLANE42的高阶单元，

采用3次插值函数。

PLANE182与PLANE42具有相同

的插值函数，但无附加位移函数项；也可退化为3节

点三角形。

PLANE183是PLANE182的高阶单元，与

PLANE82的插值函数相同，也可退化为6节点三角形。

P单元的插值函数可为2～8次，其中PLANE145是8节

点四边形单元，而PLANE146是6节点的三角形单元。

⑵荷载特性：

大多支持单元边界的分布荷载及节点荷

载，可考虑温度荷载，支持初应力文件等。

特别地对

平面应力输入单元厚度时，施加的分布荷载不是线荷载（力/

长度），而是面荷载（力/面积）；如果不输入单元厚度，则

为单位厚度。

⑶其它特点：

四边形单元均可退化为三角形单元。

除P单元和谐结构单元不支持读入初应力外，其余均

支持。

除4节点单元支持非协调选项外，其余都不支持。

除4节点单元外，其余单元都适合曲边模型或不规则

模型。

3D实体单元用于模拟三维实体结构，此类单元每个

节点均具有三个自由度，即Ux、Uy、Uz三个平动自由

度

单元使用应注意的问题：

⑴关于SOLID72/73单元：

SOLID72是4节点四面体实

体元，SOLID73是8节点六面体实体元，这两个单元每

个节点均具有6个自由度，即

Ux,Uy,Uz,Rotx,Roty,Rotz。

在较高版本中ANSYS已不

再推荐使用，帮助文件中也不再介绍，但用命令流仍

然可用。

原因之一是新的求解器PCG和SOLID92/95可

以较好的解决原有的求解问题；之二是防止不同单元

使用中“误用”转动自由度，例如与BEAM或SHELL混

合建模时误用转动自由度。

⑵其它特点：

除8节点单元具有非协调单元选项外，其余均不支持

除8节点单元外，其余均适合曲边模型或不规则模型

除10节点单元不能退化外，其余单元皆可退化为棱

柱体和四面体单元，且SOLID95/186又可退化为金字

塔（也称宝塔）单元。

⑶SOLID185积分方式可选择：

完全积分的方法、减

缩积分、增强应变模式和简化的增强应变模式。

且

SOLID185/186/187单元均具有位移插值模式和混合插

值模式（u-P插值），以模拟几乎不可压缩的弹塑材料

和完全不可压缩的超弹材料。

壳单元可以模拟平板和曲壳一类结构。

壳元比梁元

和实体元要复杂的多，因此壳类单元中各种单元的选

项很多。

如节点与自由度、材料、特性、退化、协调

与非协调、完全积分与减缩积分、面内刚度选择、剪

切变形、节点偏置等，应详细了解各种单元的使用说

明

杆、梁单元→板壳单元→实体单元

下面是有关ANSYS分析中的单元选择方法：

一、单元类型选择概述：

ANSYS的单元库提供了100多种单元类型，单元类型选择的工作就是将单元的选择范围缩小到少数几个单元上；

单元类型选择方法：

1.设定物理场过滤菜单，将单元全集缩小到该物理场涉及的单元；

二、单元类型选择方法（续一）

2.根据模型的几何形状选定单元的大类，如线性结构则只能用“Plane、Shell”这种单元去模拟；

3.根据模型结构的空间维数细化单元的类别，如确定为“Beam”单元大类之后，在对话框的右栏中，有2D和3D的单元分类，则根据结构的维数继续缩小单元类型选择的范围；

三、单元类型选择方法（续二）

4.确定单元的大类之后，又是也可以根据单元的阶次来细分单元的小类，如确定为“Solid-Quad”，此时有四种单元类型：

Quad4node42Quad4node183Quad8node82Quad8node183前两组即为低阶单元，后两组为高阶单元；

四、单元类型选择方法（续三）

5.根据单元的形状细分单元的小类，如对三维实体，此时则可以根据单元形状是“六面体”还是“四面体”，确定单元类型为“Brick”还是“Tet”；

五、单元类型选择方法（续四）

6.根据分析问题的性质选择单元类型，如确定为2D的Beam单元后，此时有三种单元类型可供选择，如下：

2Delastic32Dplastic232Dtapered54，根据分析问题是弹性还是塑性确定为“Beam3”或“Beam4”，若是变截面的非对称的问题则用“Beam54”。

六、单元类型选择方法（续五）

7.进行完前面的选择工作，单元类型就基本上已经定位在2-3种单元类型上了，接下来打开这几种单元的帮助手册，进行以下工作：

仔细阅读其单元描述，检查是否与分析问题的背景吻合、

了解单元所需输入的参数、单元关键项和载荷考虑；

了解单元的输出数据；

仔细阅读单元使用限制和说明。

-------------------------------------------------------------

ANSYS分析结构静力学中常用的单元类型

类别

形状和特性

单元类型

杆

普通

双线性

LINK1,LINK8

LINK10

梁

普通

截面渐变

塑性

考虑剪切变形

BEAM3,BEAM4

BEAM54,BEAM44

BEAM23,BEAM24

BEAM188,BEAM189

管

普通

浸入

塑性

PIPE16,PIPE17,PIPE18

PIPE59

PIPE20,PIPE60

2-D实体

四边形

三角形

超弹性单元

粘弹性

大应变

谐单元

P单元

PLANE42,PLANE82,PLANE182

PLANE2

HYPER84,HYPER56,HYPER74

VISCO88

VISO106,VISO108

PLANE83,PPNAE25

PLANE145,PLANE146

3-D实体

块

四面体

层

各向异性

超弹性单元

粘弹性

大应变

P单元

SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185

SOLID92,SOLID72

SOLID46

SOLID64,SOLID65

HYPER86,HYPER58,HYPER158

VISO89

VISO107

SOLID147,SOLID148

壳

四边形

轴对称

层

剪切板

P单元

SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181

SHELL51,SHELL61

SHELL91,SHELL99

SHELL28

SHELL150

ansys单元类型种类统计

单元名称种类单元号

LINK（共12种）1,8,10,11,31,32,33,34,68,160,167,180

PLANE（共20种）2,13,25,35,42,53,55,67,75,77,78,82,83,121,145,146,162,182,183,223

BEAM（共09种）3,4,23,24,44,54,161,188,189

SOLID（共30种）5,45,46,62,64,65,69,70,87,90,92,95,96,97,98,117,122,123,127,128,147,148,164,168,185,186,187,191,226,227

COMBIN（共05种）7,14,37,39,40

INFIN（共04种）9,47,110,111

CONTAC（共05种）12,26,48,49,52

PIPE（共06种）16,17,18,20,59,60

MAS