Ansys中文帮助单元详解SOLID65.docx

1、Ansys中文帮助单元详解SOLID65SOLID65单元性质SOLID65单元描述SOLID65单元用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。该实体模型可具有拉裂与压碎的性能。在混凝土的应用方面，如用单元的实体性能来模拟混凝土，而用加筋性能来模拟钢筋的作用。当然该单元也可用于其它方面，如加筋复合材料（如玻璃纤维）及地质材料（如岩石）。该单元具有八个节点，每个节点有三个自由度，即x,y,z三个方向的线位移；还可对三个方向的含筋情况进行定义。本单元与SOLID45单元（三维结构实体单元）的相似，只是增加了描述开裂与压碎的性能。本单元最重要的方面在于其对材料非线性的处理。其可模拟混凝土的开裂（三个正交方

2、向）、压碎、塑性变形及徐变，还可模拟钢筋的拉伸、压缩、塑性变形及蠕变，但不能模拟钢筋的剪切性能。有关SOLID65单元的更细节的描述请参见ANSYS理论手册。SOLID65的几何模型图SOLID65输入数据关于单元几何图形、节点位置、单元坐标系请见上图。单元性质为八节点各向同性材料，单元包括一种实体材料和三种钢筋材料，用命令MAT输入对混凝土材料的定义，而有关钢筋的细则需在实常数中定义，包括材料号、体积率、方向角(THETA, PHI)，钢筋的方向角可通过命令/Eshape以图示方式校验。体积率是指钢筋的体积与整个单元体积的比，钢筋的方向通过单元坐标系中的两个角度（度制）来定义。当钢筋的材料号

3、为0或等于单元的材料号时则不考虑它的作用。另外，有关混凝土的材料定义，如剪切传递系数，拉应力，压应力都应在数据表中给出，详细描述见表“SOLID65混凝土材料数据表”。通常剪力传递系数为01.0，0表示平滑的裂缝（完全丧失剪力传递作用），1表示粗糙的裂缝（几乎没有失去剪力传递作用）。这就有利于对裂缝开裂与闭合进行描述。有关单元荷载的描述见“节点单元荷载”（ANSYS帮助中专有一节）。压力作为面荷载作用在单元表面如“SOLID65的几何模型图”中带圈数字所示。主动力作用在单元内。温度和影响（fluences一词不知如何译好）可在节点上作为单元体荷载输入。节点I的温度T（I）默认为TUNIF，如其

4、它节点温度没有被指定，则它们默认为T（I）。对于其它的输入模型未指定温度时默认值都为TUNIF。对影响（fluence）的设定除用0取代TUNIF外与温度的设定是相同的。用命令TREF和BETAD分别用来设定整体的基准温度和阻尼值。用MAT命令指定与单元相关的基准温度值（MP，REFT）或阻尼值（MP，DAMP），但不能对钢筋的材料号进行以上定义。KEYOPT（1）用于设定是否考虑大变形，KEYOPT（5）和KEYOPT（6）则提供是多种单元输出选项（详见单元解答）。KEYOPT(7)是与是否考虑应力松弛相关的项，当KEYOPT1时表示考虑，目的是加速裂缝即将开裂时计算的收敛（在混凝土材料数据

5、表的第9个系数中的输入值即为拉伸应力松弛的折减系数）。应力松弛并不能反应因为次生裂缝的产生而引起的应力应变关系的变化。松弛系数在裂缝处为零，因此，相应的开裂面上的刚度也是零。在几何非线性分析时可用“SOLCONTROL,INCP”命令设定考虑抗压刚度的影响。抗压刚度的影响在线性屈曲分析中会被自动考虑。SOLD65单元输入总结节点：I,J,K,L,M,N,O,P自由度：UX,UY,UZ实常数：MAT1, VR1, THETA1, PHI1, MAT2, VR2,THETA2, PHI2, MAT3, VR3, THETA3, PHI3(这里的 MATn 是材料号, VRn 是体积率, 而THET

6、An 和 PHIn 方向角，代表了三种钢筋材料。)材料性质：EX, ALPX, PRXY or NUXY, DENS (用于混凝土)EX, ALPX, DENS (用于每种钢筋)还可通过MAT命令设定阻尼与基准温度。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）体荷载：温度T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)影响（Fluences）- FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N), FL(O),

7、 FL(P)特性：Plasticity（塑性）Creep（蠕变徐变）Cracking（开裂）Crushing（压碎）Large deflection（大变形）Large strain（大应变）Stress stiffening（应力强化）Birth and death（生死）（单元生死？）Adaptive descentKEYOPT(1) 大变形控制:0- 考虑大变形1- 不考虑KEYOPT(5) 混凝土线性解的输出控制:0- 只打印质心的线性解1- 给出每个积分点的解2- 输出节点应力KEYOPT(6) 混凝土非线性解输出控制:0- 只打印质心的线性解3- 同时还给出积分点的解KEYOPT(

8、7) 开裂后应力松驰考虑选项:0- 不考虑拉伸应力松驰1- 考虑应力松驰，有助于计算收敛SOLID65单元信息列在“SOLID65混凝土材料数据表”中的数据项是通过TB命令来建立的。表中未重新赋值的项默认为0或其特定默认值。数据表首先用TB（with LAB=CONC）命令生成，再用命令TBTEMP定义温度，用命令TBDATA定义其余表项。最多可定义六种温度，相应与每种温度都可用TBDATA建立C1C9各项的值。SOLID65混凝土材料数据表常数含义1裂缝张开剪力传递系数.2裂缝闭合剪力传递系数3单轴抗拉强度4单轴抗压强度5双轴抗压强度6围压大小7围压下双轴抗压强度8围压下单轴抗压强度9拉应力

9、折减系数 当 KEYOPT(7) = 1时有效 (默认为 0.6).注：当变量3（4）被设为-1时表示混凝土无开裂（无压碎），如只输入前14项，则58项取默认值，如58项中给定了其中一项的值，则其余3项也必需给出。SOLID65输出数据与单元相关的解答输出项有以下两方面：所有节点的节点位移；其它输出项见“SOLID65单元输出数据说明表”一些细则的说明可见“SOLID65应力输出图”。单元应力的方向平行于单元坐标系，只有当非线性特性被考虑时才有相应的输出，当然也只有对钢筋参数进行过定义，才有关于它的输出。如可能发生开裂或压碎，那具体情况也会在积分点上输出，因为开裂和压碎可能发生在任一积分点上。

10、在POST1中用命令PLCRACK可显示各积分点的状态。对输出结果更普便的说明可参见“结果输出说明”，对各种结果数据（图形）的查看方法请见ANSYS入门指南。SOLID65应力输出图单元输出说明表的有关事项解释如下：表中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列表示某一变量值是否在输出文件中给出，第四列某一变量值是否在结果文件中给出。无论是第三还是第四列，“Y”表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“”则表示不输出。SOLID65单元输出数据说明表NameDefinitionOREL单元号YYNOD

11、ES节点：I,J,K,L,M,N,O,PYYMAT材料号YYNREINF钢筋数量Y-VOLU:体积YYPRES压力作用面P1由节点J,I,L,K围成;P2由I,J,N,M围成;P3由J,K,O,N围成;P4由K,L,P,O围成;P5由L,I,M,P围成;P6由M,N,O,P围成。YYTEMP作用在各节点上的温度T(I),T(J),T(K),T(L),T(M),T(N),T(O),T(P)YYFLUEN作用在各节点上的影响FL(I),FL(J),FL(K),FL(L),FL(M),FL(N),FL(O),FL(P)YYXC, YC, ZCLocation where results are re

12、portedY6S:X,Y,Z,XY,YZ,XZ应力11S:1,2,3主应力11S:INT应力强度11S:EQV等效应力11EPEL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ弹性应变11EPEL:1,2,3弹性主应变1-EPEL:EQV等效弹性应变711EPTH:X,Y,Z,XY,YZ,XZ平均热应变11EPTH:EQV等效热应变711EPPL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ塑性应变均值44EPPL:EQV等效塑性应变744EPCR:X,Y,Z,XY,YZ,XZ蠕变均值44EPCR:EQV等效蠕变744NL:EPEQ等效塑性应变均值44NL:SRATRatiooftrialstresstostressony

13、ieldsurface44NL:SEPL应力应变曲线上的平均等效应力（混凝土的）44NL:HPRES静水压力-4THETCR,PHICR裂缝的方向角THETA和PHI11STATUS单元状态22IRF钢筋号3-MAT材料号3-VR体积率3-THETAX-Y平面内的方向角3-PHIX-Y平面外的方向角3-EPEL单轴弹性应变3-S单轴弹性应力3-EPEL单轴弹性应变均值55EPPL单轴塑性应变均值55SEPL应力应变曲线上的平均等效应力（钢筋的）55EPCR单轴蠕变均值（钢筋）55混凝土求解项目（输出每个积分点（如KEYOPT（5）1）和质心）单元状态表（SOLID65单元状态表）对应项含意：C

14、rushed：混凝土被压碎Opend：混凝土开裂，裂缝张开Colesed：混凝土开裂，但裂缝闭合Neither：混凝土即未开裂也未压碎钢筋求解项给出每种钢筋情况混凝土非线性积分点解（如KEYOPT（6）3andtheelementhasanonlinearmaterial）钢筋非线性积分点解（如KEYOPT（6）3andtherebarhasanonlinearmaterial）仅在质心利用GET命令可得的选项。等效应变用一个有效的泊松比：对于弹性和热量问题这个值通过“MP，PRXY”命令设定，对于塑性和蠕变问题这个值被设为0.5。SOLID65混合单元输出项DescriptionNames

15、of Items OutputORNodal Stress SolutionTEMP,S(X,Y,Z,XY,YZ,XZ),SINT,SEQV1-1、如果KEYOPT（5）2，则输出每个节点的值。SOLID65单元状态对应表状态方向1的状态方向2的状态方向3的状态1CrushedCrushedCrushed2OpenNeitherNeither3ClosedNeitherNeither4OpenOpenNeither5OpenOpenOpen6ClosedOpenOpen7ClosedOpenNeither8OpenClosedOpen9ClosedClosedOpen10OpenClosedN

16、either11OpenOpenClosed12ClosedOpenClosed13ClosedClosedNeither14OpenClosedClosed15ClosedClosedClosed16NeitherNeitherNeither “SOLID65项目和序号表”中列出了在后处理中可通过ETABLE命令加参数及数字序号的方法定义可列表察看的有关变量的细则。详细参见ANSYS基本分析指南中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格的一些使用说明：Name指在“SO

17、LID65单元输出数据说明表”中的有关变量。Item命令ETABLE中使用的参数。I,J,.,P节点I,J,.,P所对应的数字序号。IP积分点对应的数字序号SOLID65项目和序号表Output Quantity Name（变量名）ETABLE和 ESOL 命令输入项Item（参数）Rebar1Rebar2Rebar3EPEL单轴弹性应变均值SMISC135SIGSMISC246EPPL单轴塑性应变均值NMISC414549EPCR单轴蠕变均值NMISC424650SEPL应力应变曲线上的平均等效应力NMISC434751SRATNMISC444852Output Quantity Name（

18、变量名）ETABLE和ESOL命令输入项Item（参数）IJKLMNOPP1 （压力作用面1）SMISC87109-P2 （压力作用面2）SMISC1112-1413-P3 （压力作用面3）SMISC-1516-1817-P4 （压力作用面4）SMISC-1920-2221P5 （压力作用面5）SMISC24-2325-26P6 （压力作用面6）SMISC-27282930S:1 主应力1NMISC16111621263136S:2 主应力2NMISC27121722273237S:3 主应力3NMISC38131823283338S:INT 应力强度NMISC49141924293439S:

19、EQV 等效应力NMISC510152025303540FLUEN作用在各节点上的影响NMISC109110111112113114115116Output Quantity Name（变量名）ETABLE 和 ESOL命令输入项ItemIntegration Point12345678STATUS 单元状态NMISC53606774818895102Dir 1THETCR 平面内的方向角NMISC54616875828996103PHICR 平面外的方向角NMISC55626976839097104Dir 2THETCR 平面内的方向角NMISC56637077849198105PHICR

20、平面外的方向角NMISC57647178859299106Dir 3THETCR 平面内的方向角NMISC586572798693100107PHICR 平面外的方向角NMISC596673808794101108SOLID65的假定和限制：不允许使用零体积单元；单元可以如“几何模型图”编号，也可将图中的IJKL面与MNOP面的编号交换。同时单元不能被扭转导致形成两个单独体，在对单元不恰当编号时这种情况最可能发生。所有的单元应有八个节点当K与L，O与P节点重合时单元形状便成为棱柱体形，当然也可退化为四面体。其它的形状会被四面体自动替换。当考虑单元的钢筋作用时，钢筋被假定分散在整个单元中，且所有钢筋的总体积率不能起过1.0。单元是非线性的故要求迭代求解。当同时考虑混凝土的开裂与压碎时，应注意要缓慢加载，以免在实际可承受荷载通过闭合裂缝传递前出现混凝土的假压碎现象。这种现象通过泊松效应常常发生在与大量开裂应变垂直的未开裂的方向上。同样也会在压碎的积分点上出现，输出的塑性和蠕变应变值来自于先前子步的收敛。而且，当裂缝已经产生，则弹性应变的输出量就包含了开裂应变。单元开裂或压碎后失去的抗剪作用将不能被传递到钢筋上，因为钢筋没有抗剪刚度。在考虑开裂或压碎的材料非线性问题中以下两项最好不要考虑：应力强化效应。大应变、大变形。否则，结果可能不收敛或不正确，特别在有大转角情况下。