ANSYS单元生死总结

发布 2019-08-16 02:33:35 阅读 2894

主要参考了ansys帮助和ansys公司的培训资料,以及崔家春关于生死单元总结的文章 ,格式按照崔工的编排,很多内容也是他的总结,我加了些补充。

在ansys中,单元的生死功能被称为单元非线性,是指一些单元在状态改变时表现出的刚度突变行为。

1)单元生死的原理:

1.在ansys中,单元的生死功能是通过修改单元刚度的方式实现的。单元被“杀死”时,它不是从刚度矩阵删除了,而是它的刚度降为一个低值。

杀死的单元的刚度乘以一个极小的减缩系数(缺省为 1e-6)。为了防止矩阵奇异,该刚度不设置为0。

2.与杀死的单元有关的单元载荷矢量(如压力、温度)是零输出。

3.对于杀死的单元,质量、阻尼和应力刚度矩阵设置为 0。

4.单元一被杀死,单元应力和应变就被重置为0

5.因为杀死的单元没有被删除,所以刚度矩阵尺寸总是保持着。

1.与之相似,当单元“活”的时候,也是通过修改刚度系数的方式实现的。所有的单元,包括开始被杀死的,在求解前必须存在,这是因为在分析过程中刚度矩阵的尺寸不能改变,所以,被激活的单元在建模时就必须建立,否则无法实现杀死与激活。

2.当单元被重新激活时,它的刚度、质量与荷载等参数被返回到真实状态。

3.当大变形效应打开时(nlgeom,on),为了与当前的节点位置相适应,单元被激活后,其形状会被改变(拉长或压短)。当不使用大变形效应时,单元将在原始位置被激活。

4.当单元“激活”后,它们没有任何应变历史记录,它们通过生和死操作被“退火”,生的时候所有应力和所有应变等于零。

2)单元生死求解过程:

1 建模,对将要进行杀死或激活的单元进行分组。这点非常重要,将会影响后续工作的效率。

2定义第一个荷载步。在第一个荷载步中,必须选择分析类型和适当的分析选项。通常情况下,应该打开大应变效应,而且当要使用单元死活行为时,必须在第一个荷载步中明确设置newton-raphson选项。

若不存在其它非线性,应明确指定完全 newton-raphson 选项。为 “newton-raphson option” 指定 “full n-r” (nropt,full)。对所有的死活应用,因为在后面的载荷步中程序不能** ekill 命令的存在,所以若不存在其它非线性,则务必在第一个载荷步明确设置 newton-raphson 选项。

3 其余荷载步。在接下来的荷载步中,可以按照设计好的流程,将单元杀死或激活。

4查看结果。与常规计算类似。

3)使用生死单元的注意事项:

1约束方程不能施加在死的自由度上;

2程序默认的单元刚度系数不一定适用,可根据实际问题进行调整;

3 在非线性分析中,注意不要让单元的死活导致奇异点的出现,这样会导致不收敛;

4打开自适应newton-raphson选择通常会得到更好的结果;

5可以通过计算结果来判断单元是否应该被杀死和激活,比如轴力、应变等;

6 当有单元死活行为时,lswrite不能使用;

4)对于外加载荷的应特别注意事项:

1.对于杀死的单元,单元载荷矢量(压力、温度)自动置零。

2.质量被置零,所以加速度载荷也不影响杀死的单元。

3.集中节点力不能自动从杀死单元的自由度中删除,用户必须手动删除杀死节点的集中载荷。类似地,当单元重新激活时,这些节点载荷必须重新施加。

4.对于重新激活单元,所有单元和惯性载荷(压力、温度和加速度)被恢复 ,节点力,如上所述,不受单元死活的影响。

5)边界条件的提示:

1.当杀死单元被重新激活时,若想保持单元的形状,则约束杀死单元的节点可能是重要的,重新激活单元时,务必删除这些人为的约束。

2.不与任何单元连接的节点会“漂移”,有些情况下,可能想约束杀死的自由度,以减少要求解的方程数目或避免病态(前已述及缩减系数 estif 在刚度矩阵中产生较小量,可能引起病态)。

3.注意约束方程(ce or ceintf) 不能用于杀死的自由度。

6)求解选项提示。

和 lssolve 命令不能用于死活选项,需要使用一系列明确的 solve 命令来进行多载荷步求解。

2.自适应下降可以用于单元死活,且通常提供好的结果。

3.通过杀死然后重新激活单元可模拟应力释放操作(如退火)。

7)获得收敛的提示:

1.非线性分析中, 在杀死或重新激活单元时注意不要产生奇异点 (例如结构分析中尖锐的内曲角) 或大的刚度突变,这种情形很可能引起收敛困难。

杀死和重新激活单元引起系统刚度的突变(阶跃改变),因此,若这些改变太剧烈,则可能发生收敛困难。若出现收敛困难,则需要限制给定载荷步的杀死或激活的单元数。

8)单元死活的备选方案:

1.若需保持杀死单元的应变历史,可在求解器中通过改变材料属性来杀死单元。

solution > load step opts > other > change mat props

2.然而,该选项不删除单元力、应变、质量、比热等,求解中草率使用材料属性的改变会导致收敛问题,例如,若一个单元刚度降为 0,但保留它的质量,则加速度载荷会导致奇异。

9)用到的命令:

ekill, elem:杀死单元,elem可以是all(所有已选单元)、p(点取)、单元组名;

ealive, elem:激活单元,elem可以是all(所有已选单元)、p(点取)、单元组名;

estif, kmult:设置单元刚度系数,默认为1.0e-6。

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