Ansys中文帮助单元详解SOLID46.docx
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Ansys中文帮助单元详解SOLID46
SOLID46
3-D8结点分层结构实体单元
MPMEST<><>PR<><><>PP<>
SOLID46单元描述
SOLID46是8结点结构实体单元（SOLID45）的可分层版本，可用来模拟分层厚壳或分层实体，允许多达250个材料层。
若需超过250层，可通过用户自定义结构矩阵，或者可将几层单元叠起来。
每个结点有3个自由度：
xyz的平动自由度。
更详细的信息参见《ANSYS理论参考》。
一种类似的壳单元是SHELL99。
图46.1SOLID46几何描述
X0=若未采用ESYS时的单元X轴
X=采用ESYS时的X轴
SOLID46输入数据
该单元的几何形状、结点位置、坐标系如图46.1“SOLID46几何描述所示”。
需定义8个结点、多层厚度、多层材料方向角、正交各向异性材性。
剪切模量GXZ和GYZ必须不超过彼此的10000倍。
该单元的Z轴定义为垂直于一个参考平面，采用实常数KREF，如图46.2“SOLID46应力输出”所示。
KREF可为0（中面）、1（底面）、2（顶面）。
若结点关系显示是一个扭曲面，则采用一个平均平面。
默认的单元x轴是I-J边、M-N边、或它们的平均值（基于KREF）在参考平面上的投影。
可以用ESYS改变分层面的方向，就像它在“坐标系”一节中讲述的改变壳单元方向的方法一样。
你可以用EORIENT改变单元方向（比如在自由分网之后）.通过EORIENT，你可以使SOLID46单元方向符合你的需要，或设置其方向平行于任一坐标轴。
输入数据可以为矩阵形式或者为分层形式，这取决于KEYOPT
（2）。
对矩阵形式，该矩阵必须在ANSYS外先计算好。
应变对厚度的二次变分（KEYOPT
（2）=3）定义矩阵的力－应变和弯矩－曲率关系可参照8结点线性分层壳（SHELL99）的"SHELL99输入数据"描述的方法。
注意本单元没有中结点。
热应变、大多数应力和破坏准则不能用矩阵形式输入。
对分层输入（非矩阵形式），计算各层厚度时，缩放实常数厚度，使其和结点间的厚度一致。
结点位置可能会显示各层是翘曲或扭曲的。
然而，各层的局部坐标系会有效地重定位，使其平行于参考平面，如图46.2“SOLID46应力输出”所示。
层数（LN）为1到250。
在这个局部右手坐标系中，X轴可从单元的X轴到单元的Y轴旋转一个角度THETA（LN）（单位是度）。
各层的材性在单元面内可为正交各向异性。
实常数MAT用来定义各层材料号而不是用MAT命令。
若未明确输入，MAT默认为1。
材料的X方向对应于局部层的x方向。
分别用TREF和BETAD来施加整体参考温度和阻尼。
或者，用MAT命令指定基于单元的参考温度（MP,REFT）或阻尼（MP,DAMP）；这时忽略各层材料号。
必须用实常数NL指定总层数，如SHELL99中"SHELL99输入数据"描述的那样。
实常数、材性、各层厚度、破坏准则等都可参考SHELL99中"SHELL99输入数据"。
在输入数据表[TB]时选择破坏准则，参考表2.2:
"正交各向异性材料破坏准则"。
有预定义的三个破坏准则供使用，还可通过用户子程序定义多达六个用户自定义破坏准则。
有关这三个破坏准则，参见ANSYS,理论参考中的破坏准则部分。
有关用户子程序参见《ANSYSUPF指南》。
破坏准则也可在POST1中计算（用FC命令）。
所有有关破坏准则的单元输出数据的参考仅与TB命令有关。
单元荷载参考结点和单元荷载。
压力可以作为表面荷载施加在单元表面上，如图46.1:
"SOLID46几何描述"中圈起来的数字所示。
正压力指向单元。
温度可作为单元体力施加在结点上。
结点I的温度默认为TUNIF。
若所有其他温度都未指定，则默认都等于T（I）。
如果只输入T（I）和T（J），则T（I）,T（J）,T（K）,和T（L）默认等于T（I），而T（M）,T（N）,T（O）,和T（P）默认等于T（J）（输入的数值）。
对于任何其他输入方式，未指定的温度默认都是TUNIF。
你可以使用命令“SOLCONTROL,,,INCP”在几何非线性分析中引入压力荷载刚度效应。
在线性特征值屈曲分析中，已自动考虑压力荷载刚度效应。
若在考虑压力荷载刚度效应时为非对称矩阵，可采用命令“NROPT,UNSYM”。
SOLID46的输入信息概要参见"SOLID46输入信息概要"，一般性的描述参见“单元输入”部分。
有关破坏准则的更多信息，参见ANSYS结构分析指南中的复合材料部分。
SOLID46输入信息概要
结点
I,J,K,L,M,N,O,P
自由度
UX,UY,UZ
实常数
实常数的变化基于KEYOPT
（2）的设定。
请参考:
表46.1:
"SOLID46实常数（KEYOPT
（2）=0or1）"
表46.2:
"SOLID46实常数（KEYOPT
（2）=3）"
材性
若KEYOPT
（2）=0or1,定义如下13*NM个材性，其中：
NM是材料号（最大值是NL）:
EX,EY,EZ,ALPX,ALPY,ALPZ（或CTEX,CTEY,CTEZorTHSX,THSY,THSZ）,
（PRXY,PRYZ,PRXZ,或NUXY,NUYZ,NUXZ）,
DENS,GXY,GYZ,GXZ,对每一个NM材料
IfKEYOPT
（2）=3,不定义上述任一材性。
仅采用一次DAMP和REFT（用MAT来分配材性系列）.更详细的讨论参见"SOLID46输入数据"。
表面荷载
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）
体力
温度 --
T（I）,T（J）,T（K）,T（L）,T（M）,T（N）,T（O）,T（P）若KEYOPT
（2）=0or1,or不需要输入，若KEYOPT
（2）=3
特殊性质
应力刚化
大变形
KEYOPT
（1）
额外位移形状:
0 --
包括额外位移形状
1 --
禁用额外位移形状
KEYOPT
（2）
输入形式:
0 --
等厚度层（最多250层）
1 --
锥形层（最多125层）
3 --
矩阵输入（参考"SHELL99输入数据"）
KEYOPT（3）
额外单元输出:
0 --
基本单元输出
1 --
在单元底面和顶面输出积分点应变
2 --
在单元坐标系输出结点力
4 --
综合上述两个选项
KEYOPT（4）
单元坐标系:
0 --
不采用用户子程序来定义单元坐标系
4 --
单元x轴由用户子程序USERAN定义
5 --
单元x轴由用户子程序USERAN定义，各层x轴由用户子程序USANLY定义。
注意
有关用户子程序参考《ANSYSUPF指南》
KEYOPT（5）
确定KEYOPT（6）是否使用应变或应力结果：
0 --
用应变结果
1 --
用应力结果
2 --
用应变和应力的结果
KEYOPT（6）
输出控制:
0 --
基本单元输出，和所有破坏准则的最大值的概要
1 --
和0相同，同时输出所有破坏准则的概要、平均横向剪切应变、最大层间剪切应力的最大值
2 --
和1相同，同时输出底层（或LP1）和顶层（或LP2）的积分点的结果
3 --
和1相同，同时输出所有层在单元质心处的结果
4 --
和1相同，同时输出所有层在四角的结果
5 --
Sameas1,andalsoprintthelayersolutionwiththefailurecriterionvaluesattheintegrationpointsforalllayers
和1相同，同时输出所有层积分点处的结果和破坏准则值。
注意
矩阵输入时，温度应变、大多数应力、和破坏准则不可用。
KEYOPT（8）
储存各层数据:
0 --
储存底层（或LP1）底面、顶层（或LP2）顶面、和最大破坏准则层的数据。
1 --
储存所有层的数据。
小心！
数据量可能会过多。
.
KEYOPT（9）
确定那儿需要求应变、应力和破坏准则（仅当KEYOPT
（2）=0或1，且NL>1时可用）：
0 --
在每层的顶面和底面求应变和应力。
1 --
在每层的中面求值。
KEYOPT（10）
确定是否输出材性矩阵:
0 --
不输出材性矩阵。
1 --
若为SOLID46单元，对第一个单元，沿厚度输出完整的材性矩阵。
有关实常数和其他输入数据的更多信息，参见SHELL91。
有关破坏准则的更多信息，参见破坏准则部分。
表 46.1 SOLID46实常数（KEYOPT
（2）=0or1）
序号
名称
描述
KEYOPT
（2）=0或1时的基本参数
1
NL
层数（最多250）
2
LSYM
层的对称码
3
LP1
输出的第一层
4
LP2
输出的第二层
5,6
（空）
7
KREF
参考面位置
8,...,12
（空）
KEYOPT
（2）=0时,增加这些:
13
MAT
层1的材料号
14
THETA
层1的x轴转角
15
TK
层1的厚度
16,...（12+3*NL）
MAT,THETA,TK,等
对每个指定层（直到NL层），重复MAT、THETA和TK
KEYOPT
（2）=1时,增加这些:
13
MAT
层1的材料号
14
THETA
层1的x轴转角
15
TK（I）
层1结点I处的层厚
16
TK（J）
层1结点J处的层厚
17
TK（K）
层1结点K处的层厚
18
TK（L）
层1结点L处的层厚
19,...（12+6*NL）
MAT,THETA,TK（I）,等.
对每个指定层（直到NL层），重复MAT,THETA,TK（I）,TK（J）,TK（K）,和TK（L）
表 46.2 SOLID46实常数（KEYOPT
（2）=3）
KEYOPT
（2）=3时,用这些:
1,...,21
A
（1）,...,A（21）
子矩阵A
22,...,42
B
（1）,...,B（21）
子矩阵B
43,...,63
D
（1）,...,D（21）
子矩阵D
64,...,84
E
（1）,...,E（21）
子矩阵E
85,...,105
F
（1）,...,F（21）
子矩阵F
106,...,111
MT
（1）,...,MT（6）
MT矩阵
112,...,117
BT
（1）,...,BT（6）
BT矩阵
118,...,123
QT
（1）,...,QT（6）
QT矩阵
124
AVDENS
单元的平均密度
125,126,127
（空）
128
KREF
基准面的因子
SOLID46输出数据
与单元有关的结果输出有两种形式：
∙ 包含在结点全部输出里的结点位移输出。
∙ 附件单元输出，参见表46.3:
"SOLID46单元输出定义"。
在图46.2:
"SOLID46应力输出"中显示了几个输出项。
单元的应力方向相应于层的局部坐标方向。
不同层可以有不同的输出选项。
对于积分点输出，积分点1离结点I最近，2对应于J，3对应于K，4对应于L。
仅在面内积分点处输出破坏准则（参见ANSYS理论参考）。
若该单元的KEYOPT（3）=2或4，则在每个结点处也输出3个力和弯矩（在单元坐标系中）。
KEYOPT（8）控制用LAYER或LAYERP26处理的后处理文件中数据输出的总量。
有关输出的一般性描述参见结果输出部分。
有关查看结果的方法参见ANSYS基础分析指南。
图46.2 SOLID46应力输出
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46.3 SOLID46单元输出定义
名称
定义
O
R
EL
单元号
Y
Y
NODES
结点-I,J,K,L,M,N,O,P
Y
Y
VOLU:
体积
Y
Y
TTOP,TBOT
顶面和底面的平均温度
1
-
XC,YC,ZC
单元质心
Y
11
PRES
压力P1在结点J,I,L,K;P2在I,J,N,M;P3在J,K,O,N;P4在K,L,P,O;P5atL,I,M,P;P6atM,N,O,P
Y
Y
TEMP
温度T（I）,T（J）,T（K）,T（L）,T（M）,T（N）,T（O）,T（P）
Y
Y
INT
面内积分点数
2
-
POS
单元的顶面（TOP）,底面（BOT）,中面（MID）
2
-
XI,YI,ZI
积分点的整体X、Y、Z位置
2
-
NUMBER
层号
1,3
-
MAT
该层的材料号
3
-
THETA
层的材料方向角（THETA）
1,3
-
AVETHICK
层的平均厚度
3
-
ACCAVETHICK
累积平均厚度（从1层到该层的单元厚度）
1,3
-
AVETEMP
层的平均温度
3
-
POS
层的顶面（TOP）,底面（BOT）,中面（MID）（参见KEYOPT（9）的控制选项）
3
-
LOC
中心位置（AVG）
1,4
-
NODE
角结点号r
1,5
-
INT
积分点号
1,6
-
S:
X,Y,Z,XY,YZ,XZ
应力（在层的局部坐标系内）
1,7
1
S:
1,2,3
主应力
1,7
1
S:
INT
应力强度
1,7
1
S:
EQV
等效应力（在层的局部坐标系内）
1,7
1
EPEL:
X,Y,Z,XY,YZ,XZ
弹性应变（在层的局部坐标系内）。
若KEYOPT
（2）=2或3则为总的弹性应变
7
Y
EPEL:
EQV
等效弹性应变（在层的局部坐标系内）[12]
7
Y
EPTH:
X,Y,Z,XY,YZ,XZ
温度应变（在层的局部坐标系内）。
若KEYOPT
（2）=2或3则为总的温度应变
7
Y
EPTH:
EQV
等效温度应变（在层的局部坐标系内）[12]
7
Y
FC1,...,FC6,FCMAX
每个积分点处的破坏准则值和最大值
1,8
-
FC
破坏准则号（FC1toFC6,FCMAX）
1,9
1
VALUE
该准则的最大值（若数值超过9999.999,9999.999则不显示）
1,9
1
LN
最大值发生位置的层号
9
1
EPELF（X,Y,Z,XY,YZ,XZ）
引起单元内该准则发生最大值的弹性应变（在层的局部坐标系内）
1,9
1
SF（X,Y,Z,XY,YZ,XZ）
引起单元内该准则发生最大值的应力（在层的局部坐标系内）
1,9
1
ILSXZ
层间SXZ剪应力
-
1
ILSYZ
层间SYZ剪应力
-
1
ILANG
剪应力向量角（从单元的x轴向单元的y轴量起，单位为度）
-
1
ILSUM
剪应力向量总和
-
1
LN1,LN2
定义最大层间剪应力（ILMAX）位置的层号
1,10
1
ILMAX
最大层间剪应力（发生在LN1和LN2间）
1,10
1
1. 若KEYOPT
（2）=0或1。
2. 积分点应变输出（仅当KEYOPT（3）=1或4时输出）
3. 层结果输出（仅当KEYOPT
（2）=0或1、且KEYOPT（6）>1时输出）
4. 若KEYOPT（6）=3
5. 若KEYOPT（6）=4
6. 若KEYOPT（6）=2若5
7. 应变和应力输出由KEYOPT（5）控制
8. 仅当KEYOPT（6）=5时输出
9. 破坏准则计算概要（仅当KEYOPT
（2）=0或1）。
若KEYOPT（6）=0，仅输出单元中所有破坏准则的最大值（FCMAX）。
输出每个破坏准则和所有破坏准则中的最大值的弹性应变和（或）弹性应力（取决于KEYOPT（5））
10.仅当KEYOPT
（2）=0或1时输出；KEYOPT（6）≠0；和重要的剪应力
11.仅可作为一个*GET项得到其质心处的结果
12.等效应变采用一个有效泊松比：
对于弹性分析和热分析其值可以由用户设置（MP,PRXY）
13.若KEYOPT
（2）=2或3
表 46.4 SOLID46其他单元输出
描述
输出项名称
O
R
力
FX,FY,FZ
1
-
平均横向剪应力
分力和总和
2
-
沿边的正应力
-
3
-
1. 若KEYOPT（3）=2或4，在单元坐标系中，在每个结点处输出。
2. 若KEYOPT（6）≠0时输出（根据节点力计算）
3. 在I-M,J-N,等边输出（根据节点力计算）。
仅当KEYOPT
（2）=3且KEYOPT（6） ≠0时输出。
表46.5:
"SOLID46项目与序列号"列出了用序列号方法通过ETABLE命令可以得到的结果。
更多信息可参见ANSYS基础分析指南中的通用后处理（POST1）部分和本手册中的项目和序列号表。
表46.5:
"SOLID46项目与序列号"中采用如下标记:
名称
表46.3:
"SOLID46单元输出定义"中定义的输出量
项目
ETABLE命令的预定项目标识
E
单值或常量单元数据的序列号
I,J,...,P
结点I,J,...,P处的序列号
表46.5 SOLID46项目与序列号
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
项目
i层底部
NL层顶部
ILSXZ
SMISC
（2*i）-1
（2*NL）+1
ILSYZ
SMISC
（2*i）
（2*NL）+2
ILSUM
NMISC
（2*i）+5
（2*NL）+7
ILANG
NMISC
（2*i）+6
（2*NL）+8
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
项目
I
J
K
L
P1
SMISC
（2*NL）+4
（2*NL）+3
（2*NL）+6
（2*NL）+5
P2
SMISC
（2*NL）+7
（2*NL）+8
-
-
P3
SMISC
-
（2*NL）+11
（2*NL）+12
-
P4
SMISC
-
-
（2*NL）+15
（2*NL）+16
P5
SMISC
（2*NL）+20
-
-
（2*NL）+19
P6
SMISC
-
-
-
-
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
项目
M
N
O
P
P1
SMISC
-
-
-
-
P2
SMISC
（2*NL）+10
（2*NL）+9
-
-
P3
SMISC
-
（2*NL）+14
（2*NL）+13
-
P4
SMISC
-
-
（2*NL）+18
（2*NL）+17
P5
SMISC
（2*NL）+21
-
-
（2*NL）+22
P6
SMISC
（2*NL）+23
（2*NL）+24
（2*NL）+25
（2*NL）+26
输出量名称
ETABLE和ESOL命令输入
项目
E
FCMAX（overalllayers）
NMISC
1
VALUE
NMISC
2
LN
NMISC
3
ILMAX
NMISC
4
LN1
NMISC
5
LN2
NMISC
6
FCMAX（atlayeri）
NMISC
（2*（NL+i））+7
VALUE（atlayeri）
NMISC
（2*（NL+i））+8
FC
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+1
VALUE
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+2
LN
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+3
EPELFX
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+4
EPELFY
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+5
EPELFZ
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+6
EPELFXY
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+7
EPELFYZ
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+8
EPELFXZ
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+9
SFX
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+10
SFY
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+11
SFZ
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+12
SFXY
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+13
SFYZ
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+14
SFXZ
NMISC
（4*NL）+8+15（N-1）+15
注
表46.5:
"SOLID46项目与序列号"中的“i”（其中i=1,2,3...,NL）表示单元中的层号。
NL是最大层号，作为实常数输入（1≤NL≤250）。
N是破坏号，以压缩方式储存在结果文件中，即仅那些事先要求的破坏准则被写入结果文件。
例如，仅要求最大应变破坏准则和蔡－吴破坏准则，则先储存最大应变准则（N=1）再储存蔡－吴破坏准则（N=2）。
此外，若一个以上的破坏准则被要求，则所有破坏准则的最大值被储存在最后（例如，N=3）。
SOLID46假设和限制
∙ 不允许0体积单元。
这通常发生在单元结点未正确编号时。
∙ 所有单元必须有8个结点。
∙ 通过定义重合的K和L、O和
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