SHELL93单元中文说明.docx

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SHELL93单元中文说明

Release10.0DocumentationforANSYS

SHELL93

8-NodeStructuralShell

8节点结构壳单元

SHELL93ElementDescription

SHELL93单元描述

SHELL93isparticularlywellsuitedtomodelcurvedshells.Theelementhassixdegreesoffreedomateachnode:

translationsinthenodalx,y,andzdirectionsandrotationsaboutthenodalx,y,andz-axes.Thedeformationshapesarequadraticinbothin-planedirections.Theelementhasplasticity,stressstiffening,largedeflection,andlargestraincapabilities.SeeSHELL93intheANSYS,Inc.TheoryReferenceformoredetailsaboutthiselement.

SHELL93单元特别适合于曲壳模型。

本单元的每个节点都具有6个自由度：

沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动和沿节点坐标系X、Y、Z轴的转动。

变形在平面内两个方向上都是二次的。

单元具有塑性、应力刚化、大变形以及大应变的能力。

关于本单元更详细的信息见《ANSYS理论参考》（ANSYS,Inc.TheoryReference）

Figure 93.1  SHELL93Geometry

xIJ=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.如果无ESYS则xIJ为单元X轴

x=Elementx-axisifESYSissupplied.如果有ESYS则为单元X轴

SHELL93InputData

SHELL93输入数据

Thegeometry,nodelocations,andthecoordinatesystemforthiselementareshowninFigure93.1:

"SHELL93Geometry".Theelementisdefinedbyeightnodes,fourthicknesses,andtheorthotropicmaterialproperties.Midsidenodesmaynotberemovedfromthiselement.SeeQuadraticElements（MidsideNodes）intheANSYSModelingandMeshingGuideforadditionalinformationabouttheuseofmidsidenodes.Atriangular-shapedelementmaybeformedbydefiningthesamenodenumberfornodesK,LandO.

单元SHELL93的几何形状、节点位置及坐标系如图93.1所示，单元定义需要八个节点、四个厚度及正交各向异性材料特性。

中间节点不能脱离单元。

关于中间节点用法的更多信息见《ANSYS建模及分网指南》（ANSYSModelingandMeshingGuide）的二次单元（QuadraticElements-MidsideNodes）章节。

当节点K、L、O的节点号定义为相同时，四边形单元即可退化成三角形单元。

Orthotropicmaterialdirectionscorrespondtotheelementcoordinatedirections.TheelementcoordinatesystemorientationisasdescribedinCoordinateSystems.Theelementxandy-axesareintheplaneoftheelement.Thex-axismayberotatedanangleTHETA（indegrees）towardthey-axis.

正交各向异性的材料特性的方向与单元坐标系一致，单元坐标系方向的描述见CoordinateSystems章节。

单元的X、Y轴位于单元平面内，X轴可以绕Y轴转动一个角度THETA（度数）。

Theelementmayhavevariablethickness.Thethicknessisassumedtovarysmoothlyovertheareaoftheelement,withthethicknessinputatthecornernodes.Thethicknessatthemidsidenodesistakenastheaverageofthecorrespondingcornernodes.Iftheelementhasaconstantthickness,onlyTK（I）needbeinput.Ifthethicknessisnotconstant,allfourthicknessesmustbeinput.Ifthetotalthicknessofanyshellelementisgreaterthantwicetheradiusofcurvature,ANSYSissuesanerror.Ifthetotalthicknessisgreaterthanone-fifthbutlessthantwicetheradiusofcurvature,ANSYSissuesawarning.ADMSUAistheaddedmassperunitarea.

本单元可以变厚度。

输入几个角节点的厚度后，单元厚度可以被认为沿整个单元面平滑变化。

中间节点处的厚度取相邻角节点厚度的均值。

如果单元等厚度，此时仅需输入TK（I）即可；如果单元变厚，则四个厚度必须全部给定。

当任意一个壳单元的总厚度大于曲率半径的两倍时，ANSYS将发出一个错误信息；当总厚度小于两倍但大于1/5曲率半径时，ANSYS将发出一个警告信息。

ADMSUA为单位面积上的附加质量。

ElementloadsaredescribedinNodeandElementLoads.PressuresmaybeinputassurfaceloadsontheelementfacesasshownbythecirclednumbersonFigure93.1:

"SHELL93Geometry".Positivepressuresactintotheelement.Edgepressuresareinputasforceperunitlength.Temperaturesmaybeinputaselementbodyloadsatthe"corner"locations（1-8）showninFigure93.1:

"SHELL93Geometry".ThefirstcornertemperatureT1defaultstoTUNIF.Ifallothertemperaturesareunspecified,theydefaulttoT1.IfonlyT1andT2areinput,T1isusedforT1,T2,T3,andT4,whileT2（asinput）isusedforT5,T6,T7,andT8.Foranyotherinputpattern,unspecifiedtemperaturesdefaulttoTUNIF.Onlythelumpedmassmatrixisavailable.

单元的荷载描述见NodeandElementLoads（节点荷载和单元荷载）部分。

压力可以作为表面荷载，按照上图显示的以圆圈内数字表示的单元表面输入。

荷载以单元受压为正。

边界压力输入值为单位长度上的力。

温度可以作为单元的体积力作用在单元的（1～8）“角点”——伪节点上，第一个角点温度T1默认为TUNIF，如果所有其它角点的温度均未指定，则默认为T1，如果只有指定T1和T2，T1代表T1,T2,T3,T4；T2代表T5,T6,T7,T8，如有其他输入格式，未指定的温度均默认为TUNIF。

只有集中质量矩阵是可用的。

KEYOPT（8）=2isusedtostoremidsurfaceresultsintheresultsfileforsingleormulti-layershellelements.IfyouuseSHELL,MID,youwillseethesecalculatedvalues,ratherthantheaverageoftheTOPandBOTTOMresults.Youshouldusethisoptiontoaccessthesecorrectmidsurfaceresults（membraneresults）forthoseanalyseswhereaveragingTOPandBOTTOMresultsisinappropriate;examplesincludemidsurfacestressesandstrainswithnonlinearmaterialbehavior,andmidsurfaceresultsaftermodecombinationsthatinvolvesquaringoperationssuchasinspectrumanalyses.

KEYOPT（8）=2被用来指示在结果文件中存储单层或多层壳单元的中面结果。

如果使用SHELL,MID，将会看到计算后的数值，比求顶面和底面结果的平均值更方便。

应当使用此配置用来存取这些当前的中面结果（薄膜结果），因为在有些场合求顶面和底面结果的平均值是不适当的，比如非线性材料状态下的中面应力和应变，以及谱分析中涉及平方操作的模态组合后的中面结果等。

Asummaryoftheelementinputisgivenin"SHELL93InputSummary".Ageneraldescriptionofelementinputisgivenin"SHELL93InputSummary".

单元输入摘要见下面的InputSummary（输入摘要），单元输入的一般性描述见ElementInput（单元输入）。

SHELL93InputSummary

SHELL93输入摘要

Nodes节点

I,J,K,L,M,N,O,P

DegreesofFreedom自由度

UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ

RealConstants

TK（I）,TK（J）,TK（K）,TK（L）,THETA,ADMSUA

SeeTable93.1:

"SHELL93RealConstants"foradescriptionoftherealconstants.

MaterialProperties材料属性

EX,EY,EZ,ALPX,ALPY,ALPZ（orCTEX,CTEY,CTEZorTHSX,THSY,THSZ）,（PRXY,PRYZ,PRXZorNUXY,NUYZ,NUXZ）,DENS,GXY,GYZ,GXZ,DAMP

SurfaceLoads面荷载

Pressures -- 压力

face1（I-J-K-L）（bottom,in+Zdirection）,face2（I-J-K-L）（top,in-Zdirection）,face3（J-I）,face4（K-J）,face5（L-K）,face6（I-L）

BodyLoads体荷载

Temperature -- 温度

T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8

SpecialFeatures特殊特性

Plasticity塑性

Stressstiffening应力刚化

Largedeflection大变形

Largestrain大应变

Birthanddeath单元生死

Adaptivedescent适应性下降

Swelling膨胀

KEYOPT（4）（只能为0）

Elementcoordinatesystemdefinedby:

单元坐标系统的定义由

0 -- 

Nousersubroutinetodefineelementcoordinatesystem

无用户子程序定义单元坐标系

4 -- 

Elementx-axislocatedbyusersubroutineUSERAN

Note

SeetheGuidetoANSYSUserProgrammableFeaturesmoreinformationonuserwrittensubroutines

注：

用户子程序详见ANSYSGuidetoUserProgrammableFeatures

KEYOPT（5）

Extrastressoutput:

额外应力输出:

0 -- 

Basicelementprintout基本单元输出

1 -- 

Repeatbasicsolutionforallintegrationpointsandtop,middleandbottomsurfaces为所有的积分点和顶面、中面、底面重复求解

2 -- 

Nodalstressprintout节点应力输出

KEYOPT（6）

Nonlinearintegrationpointoutput:

非线性积分点输出

0 -- 

Basicelementprintout基本单元输出

1 -- 

Nonlinearintegrationpointprintout非线性积分点输出

KEYOPT（8）

Specifydatastorage:

指定数据存储

0 -- 

StoredataforTOPandBOTTOMsurfaces保存顶面和底面数据

2 -- 

StoredataforTOP,BOTTOM,andMIDsurfaces.保存顶面和底面和中面数据

Table 93.1  SHELL93RealConstants实常数

No.

Name

Description

1

TK（I）

ShellthicknessatnodeI

2

TK（J）

ShellthicknessatnodeJ

3

TK（K）

ShellthicknessatnodeK

4

TK（L）

ShellthicknessatnodeL

5

THETA

ElementX-axisrotation

6

ADMSUA

Addedmass/unitarea

SHELL93OutputData

SHELL93输出数据

Thesolutionoutputassociatedwiththeelementisintwoforms:

与单元有关的结果输出有两种形式

∙Nodaldisplacementsincludedintheoverallnodalsolution

∙所有节点的位移。

∙AdditionalelementoutputasshowninTable93.2:

"SHELL93ElementOutputDefinitions"

∙更多的单元输出，见单元输出定义。

SeveralitemsareillustratedinFigure93.2:

"SHELL93StressOutput".Printoutincludesthemomentsaboutthexface（MX）,themomentsabouttheyface（MY）,andthetwistingmoment（MXY）.Themomentsarecalculatedperunitlengthintheelementcoordinatesystem.Theelementstressdirectionsandforceresultants（NX,MX,TX,etc.）areparalleltotheelementcoordinatesystem.ThebasicelementprintoutisgivenatthecenterofthetopoffaceIJKL,theelementcentroid,andatthecenterofthebottomoffaceIJKL.AgeneraldescriptionofsolutionoutputisgiveninSolutionOutput.SeetheANSYSBasicAnalysisGuideforwaystoviewresults.

在图93.2中显示了几个应力输出项。

输出包括X面（MX）的弯矩、Y面（MY）的弯矩、和扭矩（MXY）。

弯矩为单元坐标系内单位长度上计算所得。

单元应力方向和弯矩均在单元坐标系统中给出。

基本的单元输出给出IJKL面的顶面中心点、质心以及IJKL面的底面中心点的相关结果，关于求解输出的总的描述见结果输出SolutionOutput节。

查看结果的方式参见基本分析指南ANSYSBasicAnalysisGuide。

Figure 93.2  SHELL93StressOutput

xIJ=Elementx-axisifESYSisnotsupplied.

x=Elementx-axisifESYSissupplied.

TheElementOutputDefinitionstableusesthefollowingnotation:

单元输出定义表使用如下标记：

Acolon（:

）intheNamecolumnindicatestheitemcanbeaccessedbytheComponentNamemethod[ETABLE,ESOL].TheOcolumnindicatestheavailabilityoftheitemsinthefileJobname.OUT.TheRcolumnindicatestheavailabilityoftheitemsintheresultsfile.

name列表示该项目可以通过构成名字的方法来获得[ETABLE,ESOL]。

第O列表示该项有效的说明在文件Jobname.OUT中。

R列表示该项的结果显示在results文件中。

IneithertheOorRcolumns,Yindicatesthattheitemisalwaysavailable,anumberreferstoatablefootnotethatdescribeswhentheitemisconditionallyavailable,anda-indicatesthattheitemisnotavailable.

无论在0还是R列中，Y表示该项一直是可用的。

数值表示描述哪里该项是选择性提供的脚注，－表示该项不提供。

Table 93.2  SHELL93ElementOutputDefinitions单元输出定义

Name

Definition

O

R

EL

Elementnumberandname单元号

Y

Y

NODES

Nodes-I,J,K,L,M,N,O,P节点-I,J,K,L

Y

Y

MAT

Materialnumber材料号

Y

Y

THICK

Averagethickness平均厚度

Y

Y

VOLU:

Volume体积

Y

Y

XC,YC,ZC

Locationwhereresultsarereported结果输出点位置

Y

3

PRES

PressuresP1atnodesI,J,K,L;P2atI,J,K,L;P3atJ,I;P4atK,J;P5atL,K;P6atI,L

在节点I,J,K,L;P2在I,J,K,L;P3在J,I;P4在K,J;P5在L,K;P6在I,L

Y

Y

TEMP

T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8

温度T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8

Y

Y

LOC

TOP,MID,BOT,orintegrationpointlocation

上表面,中面,or下表面or积分点位置

1

1

S:

X,Y,Z,XY,YZ,XZ

Stresses应力

1

1

S:

1,2,3

Principalstress主应力

1

1

S:

INT

Stressintensity应力强度

1

1

S:

EQV

Equivalentstress等效应力

1

1

EPEL:

X,Y,Z,XY,YZ,XZ

Elasticstrains等效应变

1

1

EPEL:

1,2,3

Principalstress主应力

1

1

EPEL:

EQV

Equivalentelasticstrain[4]等效弹性应变

-

1

EPTH:

X,Y,Z,XY,YZ,XZ

Averagethermalstrain平均热应变

Y

Y

EPTH:

EQV

Equivale