Ansys中文帮助单元详解SOLID46.docx

1、Ansys中文帮助单元详解SOLID46SOLID46 3-D 8结点分层结构实体单元MP ME ST 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46.1 SOLID46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.

2、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

3、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.

4、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SH

5、ELL99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ANSYS UPF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TU

6、NIF。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

7、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) = 0 or 1)表46.2: SOLID46 实常数 (KEYOPT(2) = 3) 材性 若 KEYOPT(2) = 0 or 1, 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, CTE

8、Z or THSX, THSY, THSZ), (PRXY, PRYZ, PRXZ, 或 NUXY, NUYZ, NUXZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, 对每一个 NM 材料If KEYOPT(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),

9、 T(L), T(M), T(N), T(O), T(P) 若 KEYOPT(2) = 0 or 1, 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

10、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 ANSYS UPF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

11、出所有层在四角的结果5- Same as 1, and also print the layer solution with the failure criterion values at the integration points for all layers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KEY

12、OPT(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46.1SOLID46实常数(KEYOPT(2) = 0 or 1)序号名称描述KEYOPT(2) = 0或1时的基本参数1NL层数 (最多250)2LSYM层的对称码3LP1输出的第一层4LP2输出的第二层5, 6(空)7KREF参考面位置8,

13、 ., 12(空)KEYOPT(2) = 0时, 增加这些:13MAT层1的材料号14THETA层1的x轴转角15TK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TKKEYOPT(2) = 1时, 增加这些:13MAT层1的材料号14THETA层1的x轴转角15TK(I)层1结点I处的层厚16TK(J)层1结点J处的层厚17TK(K)层1结点K处的层厚18TK(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

14、(I), TK(J), TK(K),和 TK(L)表46.2SOLID46 实常数(KEYOPT(2) = 3)KEYOPT(2) = 3时, 用这些:1, ., 21A(1), ., A(21)子矩阵 A22, ., 42B(1), ., B(21)子矩阵B43, ., 63D(1), ., D(21)子矩阵D64, ., 84E(1), ., E(21)子矩阵E85, ., 105F(1), ., F(21)子矩阵F106, ., 111MT(1), ., MT(6)MT 矩阵112, ., 117BT(1), ., BT(6)BT 矩阵118, ., 123QT(1), ., QT(6)

15、QT 矩阵124AVDENS单元的平均密度125, 126, 127(空)128KREF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

16、）。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46.2SOLID46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46.3SOLID46 单元输出定义名称定义OREL单元号YYNOD

17、ES结点 - I, J, K, L, M, N, O, PYYVOLU:体积YYTTOP, TBOT顶面和底面的平均温度1-XC, YC, ZC单元质心Y11PRES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; P5 at L, I, M, P; P6 at M, N, O, PYYTEMP温度 T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)YYINT面内积分点数2-POS单元的顶面 (TOP), 底面 (BOT), 中面 (MID) 2-XI, YI

18、, 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-AVE THICK层的平均厚度3-ACC AVE THICK累积平均厚度（从1层到该层的单元厚度）1, 3-AVE TEMP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r1, 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, 71S:1, 2, 3主应力1, 71S:INT应力强度

19、1, 71S:EQV等效应力（在层的局部坐标系内）1, 71EPEL: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7YEPEL:EQV等效弹性应变（在层的局部坐标系内）127YEPTH: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7YEPTH:EQV等效温度应变（在层的局部坐标系内）127YFC1, ., 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（FC1 to FC6, FCMAX）1, 91VALUE该准则的最大值(若

20、数值超过9999.999, 9999.999则不显示)1, 91LN最大值发生位置的层号91EPELF(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, 91SF(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, 91ILSXZ层间SXZ剪应力-1ILSYZ层间SYZ剪应力-1ILANG剪应力向量角（从单元的x轴向单元的y轴量起，单位为度）-1ILSUM剪应力向量总和-1LN1, LN2定义最大层间剪应力(ILMAX)位置的层号1, 101ILMAX最大层间剪应力（发生在LN1和LN2间）1

21、, 1011. 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) = 35. 若 KEYOPT(6) = 46. 若 KEYOPT(6) = 2 若 57. 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

22、）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46.4SOLID46 其他单元输出描述输出项名称OR力FX, FY, FZ1-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

23、（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46.5SOLID46项目与序列号输出量名称ETABLE 和 ESOL

24、命令输入项目i层底部NL层顶部ILSXZSMISC(2*i)-1 (2*NL)+1ILSYZSMISC(2*i)(2*NL)+2ILSUMNMISC(2*i)+5(2*NL)+7ILANGNMISC(2*i)+6(2*NL)+8输出量名称ETABLE 和 ESOL 命令输入项目IJKLP1SMISC(2*NL)+4(2*NL)+3(2*NL)+6(2*NL)+5P2SMISC(2*NL)+7(2*NL)+8-P3SMISC-(2*NL)+11(2*NL)+12-P4SMISC-(2*NL)+15(2*NL)+16P5SMISC(2*NL)+20-(2*NL)+19P6SMISC-输出量名称ET

25、ABLE 和 ESOL 命令输入项目MNOPP1SMISC-P2SMISC(2*NL)+10(2*NL)+9-P3SMISC-(2*NL)+14(2*NL)+13-P4SMISC-(2*NL)+18(2*NL)+17P5SMISC(2*NL)+21-(2*NL)+22P6SMISC(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EFCMAX (over all layers)NMISC1VALUENMISC2LNNMISC3ILMAXNMISC4LN1NMISC5LN2NMISC6FCMAX (at layer i)NM

26、ISC(2*(NL+i)+7VALUE (at layer i)NMISC(2*(NL+i)+8FCNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+1VALUENMISC(4*NL)+8+15(N-1)+2LNNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+3EPELFXNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+4EPELFYNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+5EPELFZNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+6EPELFXYNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+7EPELFYZNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+8EPELFXZNMISC(4*NL)+8+15(N-1

27、)+9SFXNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+10SFYNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+11SFZNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+12SFXYNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+13SFYZNMISC(4*NL)+8+15(N-1)+14 SFXZNMISC(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（1NL250）。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