ANSYS结构单元基础概览与介绍

笔者接触ANSYS软件可能有八年了，惭愧水平还是很一般。当然ANSYS软件的内容实在是太丰富了，没有人可以全面而熟练的掌握它。拿笔者来说，笔者只用ANSYS做结构分析，即便如此，笔者也未能掌握所有关于结构分析的知识。笔者感叹，以下的讨论，真是太狭隘了。

关于单元

结构单元：杆单元，梁单元，管单元，2D实体单元，3D实体单元，壳单元，弹簧单元，质量单元，接触单元，表面效应单元，MPC184单元，等。

杆单元：LINK1(2D杆单元)，LINK8(3D杆单元)，LINK180(3D杆单元)。

1. 2D情况下，笔者选择LINK1单元，该单元的实常数(R)有截面面积、初应变，一般只用到截面面积；材料参数有弹性模量、密度、泊松比（可无）、阻尼、等，一般只用到弹性模量和密度（考虑自重时）。

2. 3D情况下，笔者选择LINK180单元，该单元的实常数(R)有截面面积、附加质量，一般只用到截面面积 ；材料参数有弹性模量、密度、泊松比（可无）、阻尼、等，一般只用到弹性模量和密度（考虑自重时）。对应于LINK1的初应变，LINK180可以设置初应力(ISTRESS)来等效。对于LINK180，还有一点需要注意，默认情况下，LINK180单元为体积不变单元，即单元拉长时，截面面积相应会减小；也可以设置为刚截面单元，即截面面积不变。

3. LINK8一般笔者是不用的，在ANSYS的HELP文档中，已经没有LINK1和LINK8的单元介绍，但它们仍然是可用的，只是ANSYS会建议你用LINK180来替代它们而已。

梁单元：BEAM3(2D梁单元)，BEAM4(3D梁单元)，BEAM188/189(3D梁单元）。

1. 2D情况下，笔者选择BEAM3单元，该单元的实常数(R)有面积 、惯性矩、截面高度、等；材料参数有弹性模量、密度、泊松比、阻尼、等，一般只用到弹性模量和密度（考虑自重时）。BEAM3单元是可用考虑剪切变形的，通过实常数来设置，但笔者用BEAM3单元时，一般不考虑剪切变形。

2. 3D情况下，笔者选择BEAM188/189单元，不设实常数，通过截面类型(SECTYPE)以及截面参数(SECDATA)来定义截面特性；材料参数有弹性模量、密度、泊松比、阻尼、等，一般只用到弹性模量、泊松比以及密度（考虑自重时）。BEAM188/189单元是基于Timoshenko梁理论的，即一阶剪切梁，考虑剪切变形的影响，所谓一阶是指截面的切应力为均布，学过材料力学都知道，其实截面的切应力不是均布的，这就会引起截面的翘曲。虽然BEAM188/189单元节点的默认自由度为三个沿节点坐标系的平移和三个绕节点坐标系的转动，但也可以通过单元关键选项来设置翘曲自由度(WARP)，笔者一般不考虑翘曲。

3. BEAM4一般笔者是不用的，在ANSYS的HELP文档中，已经没有BEM3和BEAM4的单元介绍，但它们仍然是可用的，只是ANSYS会建议你用BEAM188/189来替代它们而已。

壳单元：SHELL63，SHELL181

1. 遇到板壳问题，会使用SHELL181单元，不设实常数，通过截面类型(SECTYPE)以及截面参数(SECDATA)来定义截面特性；材料参数有弹性模量、密度、泊松比、阻尼、等，一般只用到弹性模量、泊松比以及密度（考虑自重时）。SHELL181单元是基于Mindlin-Reissner板壳理论的，考虑了剪切变形的影响，笔者建议联系有关梁的理论来理解这个问题。

2. 一般不用SHELL63，SHELL63基于Kirchhoff-Love板壳理论的，不考虑剪切变形的影响，笔者建议联系有关梁的理论来理解这个问题。

弹簧单元：COMBIN14。

1. COMBIN14 的实常数(R)有刚度系数、阻尼系数、等。

2. COMBIN14 的单元关键选项 KEYOPT2 可取1-6，分别表示 UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ 的自由度；单元关键选项 KEYOPT3 可取0，表示具有UX、UY、UZ 三个自由度；可取1，表示 ROTX、ROTY、ROTZ 三个自由度；可取2，表示具有UX、UY 两个自由度。

质量单元：MASS21。

1. 当 MASS21 的单元关键选项 KEYOPT3 取 0 时，MASS21具有 UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ 六个自由度，实常数(R)可分别依次设置三个方向的质量和三个轴的转动惯量；取2时，MASS21 具有 UX、UY、UZ 3个自由度，实常数(R)可设置一个质量（三个方向一样）；取3时，MASS21 具有 UX、UY、ROTZ 三个自由度，实常数(R)可依次设置一个质量（两个方向一样）和 Z 轴的转动惯量；取4时，MASS21 具有 UX、UY 两个自由度，实常数(R)可设置一个质量（两个方向一样）。

多点约束单元：MPC184单元

1. 当 MPC184 单元的  KEYOPT1 取0时，为刚性杆；当 MPC184 单元的  KEYOPT1 取1时，为刚性梁。

Workbench界面操作

ANSYS 的界面有两种：经典界面（但笔者看不出来哪里算经典了）、Workbench 界面。ANSYS 的操作方式大致可分为三种：APDL 命令方式、GUI 界面方式、Workbench 界面。在经典界面中，操作习惯没有明显的偏向土木行业分析还是机械行业分析，但在Workbench 界面，就明显偏向了机械行业分析。其实，经典界面和Workbench 界面的数据是可以互通共享的。

1. Workbench 中的dat文件包含了有限元模型和边界条件（约束和荷载），可读入经典界面；rst文件包含了求解结果，可读入经典界面。

2. 一般情况下，无需将经典界面中的数据读入Workbench中。

3. 有人建议用Workbench的模块Finite Element Modeler 来生成 inp 文件，再用经典界面读入，笔者认为完全没有必要。

4. 有人建议用经典界面的Archive来生成cdb文件，再用Finite Element Modeler读入，笔者也认为完全没有必要。

5. 因为笔者是机械行业，所以现在已经很少用经典界面了，但Workbench界面目前确实有些不完善的地方，所以笔者建议在Workbench中插入APDL来解决这种问题。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删