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盼望大家的回信!!!谢谢!!
如何实现壳单元的偏置
在构建诸如汽车车身、飞机引擎罩、发动机气道以及其他薄壁结构的有限元模型时通常选用壳单元，ANSYS提供的SHELL43、SHELL63、SHELL93以及5.5版开始新增加的SHELL143和SHELL181单元都能很方便地用于薄壁结构的建模，并能得到精确的结果，同时避免了采用实体单元构建此类结构所带来的复杂性和规模的庞大。像SOLID45和SOLID95之类的实体单元,其厚度由节点的位置所决定，而壳单元的厚度是由实常数决定的。由于壳单元的厚度独立于几何模型，因此可以很方便地进行参数化和优化设计。此外，建立一个用于生成壳单元的面几何模型要比建一个三维实体几何模型简单得多。
尽管使用壳单元有许多优点，但也有一些缺点在使用时需要加以注意。首先，壳单元只适合某几种结构类型，因为它假设弯曲应力沿壳单元厚度方向线性变化；其次，为了得到理想的结果，壳单元必须建在实体结构的中心层或中面上。图1显示了如何用壳单元构建一个工字截面梁，左边是实体模型，右边是对应的壳单元模型。如果壳单元用实体模型的顶面或底面生成，那么有限元模型的刚度与实际结构的刚度将相差很大。
图1. 工字型梁的三维实体和中面壳单元模型
与模型的复杂程度有关，有的时候很难或不可能得到中面，许多时候分析人员只能用模型的顶面或底面，希望壳单元的偏置影响较小可以忽略，这样做有的场合可以，有时则不行。而且，分析人员从来不知道这样做带来的误差有多大。
关于这类问题的一种解决办法是用SHELL91层状壳单元替代标准壳单元。SHELL91主要用于复合材料分析，当然也可以用于传统材料的分析。采用SHELL91的好处是可以通过keyopt(11)来控制厚度朝单元的顶面或底面偏置。比如：当SHELL91的keyopt(11)=1时表示朝单元底面偏置，而当keyopt(11)=2时朝单元顶面偏置，而当keyopt(11)=0时则表示不发生偏置。
由于SHELL91也带中间节点，因此它可以直接替换SHELL93单元。为了评价按这种方式使用SHELL91的效果，我分别用SOLID95、SHELL93和SHELL91来分析不同壁厚的弯管如图2所示，注意只改变管的厚度，而管的直径和弯肘半径保持不变。比值t/r，即壁厚/弯管半径用来表示中面偏置的程度。由SOLID95所得到的结果作为基准来归一化SHELL93和SHELL91模型得到的结果。所有情况都受两个载荷步：第一步在管的顶端受一个分布拉力，方向偏离固定端，使得在肘的内侧产生很大的拉应力，这个载荷条件用于确定ANSYS计算的应力是否正确；第二个载荷步是在同方向施加一个加速度，用它可以确定用带偏置的SHELL91单元时ANSYS能否正确考虑质量。
图2. 弯管实体模型及对应的SOLID95划分的有限元模型
由图3的结果显示可知:当SHELL93和SHELL91放在中面上时，对不同的t/r值所得结果的误差与用SOLID95单元相同。当壳单元用管的外侧生成时，SHELL93预计的误差随t/r的增加而减少，而由SHELL91在激活keyopt(11)使向内偏置时得到与SOLID95相同的结果，同样，当壳单元用管的内侧生成时，SHELL93预计的误差随t/r的增加而增加，而由SHELL91在激活keyopt(11)使向外偏置时得到与SOLID95相同的结果。最大的平均Von Mises应力(PLNS,S,EQV)发生在肘管的内侧，如图4所示，随着t/r的增大，SHELL93用在管的内侧和外侧时得到结果的精度显然没有用SHELL91采用合适的偏置所得到的结果好。
在第二载荷步施加加速度所的结果与载荷步一时的情况相同，由此可以得出结论:在中面得不到的情况下，用SHELL91替代SHELL93处理比较好。
由于我经常用CAD软件来得到我使用的几何模型，而很少有CAD软件能直接提取中面，因此使用带偏置的SHELL91单元是我经常采用的办法。
图3. 不同单元产生的变形误差
图4. 不同单元产生的应力误差 |
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发表于 2006-8-1 21:42:12
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不错，学习了
:):)
