ANSYS结构单元与材料应用手册

作者简介

《ANSYS结构单元与材料应用手册(附光盘基于最新版本14.0)》针对ANsYs 14．0在结构分析中的应用进行编写，主要介绍了常用的ANSYS单元和常用的材料模型在ANSYS中的实现和使用方法。根据内容的侧重点不同，本书可分引言、结构单元、结构材料及算例应用4篇，其中，引言篇主要介绍使用ANSYS的基础知识，包括ANSYS分析流程、APDI．编程等内容。结构单元篇介绍ANSYS的结构单元类型，包括点单元、组合单元、连杆单元、梁单元、管单元、二维平面单元、三维实体单元、壳单元、接口单元、接触单元、MPC单元、表面效应单元、矩阵单元等。结构材料篇介绍ANsYs结构分析中常见的材料模型，包括线性材料模型、塑性材料模型、超弹性材料模型、粘弹性材料模型、率相关材料模型、垫片材料模型、肿胀材料模型、蠕变材料模型、记忆合金材料模型、IdPC材料模型、接触摩擦材料模型、内聚层材料模型等。算例篇以APDL程序方式对ANSYS单元和常见结构材料模型的使用进行实例说明。本书附录还给出了结构分析涉及的常用命令集，方便读者查阅。

    凌桂龙和沈再阳编著的《ANSYS结构单元与材料应用手册(附光盘基于最新版本14.0)》内容详实，适合理工院校相关专业的硕士研究生、博士研究生及教师使用，可以作为ANSYS学习教材供高等院校学生及科研院所研究人员使用，也可以作为从事相关工程领域科学技术研究的工程技术人员的参考用书。

书籍目录

目    录

第一篇   引言

第1章  ANSYS基础
3

1.1  ANSYS分析流程概述
3

1.1.1  分析流程
3

1.1.2  前处理
4

1.1.3  加载与求解
5

1.1.4  后处理
12

1.2  APDL编程概述
13

1.2.1  使用参数
13

1.2.2  APDL程序控制
20

第二篇  结构材料

第2章  结构分析材料概述
27

2.1  结构分析材料模型
27

2.2  材料曲线拟合
28

2.2.1  超弹性材料曲线拟合
28

2.2.2  其他材料模型曲线拟合
32

2.3  材料模型组合
32

2.4  变量插值
46

2.5  GUI不可访问的材料模型
47

第3章  ANSYS结构材料模型（一）
48

3.1  线性材料模型
48

3.1.1  定义线性材料模型
48

3.1.2  应力-应变关系
49

3.1.3  阻尼
50

3.1.4  热膨胀
50

3.2  塑性材料模型
51

3.2.1  随动强化材料模型
51

3.2.2  硬化材料模型
54

3.2.3  其他塑性材料模型
55

3.3  超弹性材料模型
58

3.3.1  Arruda-Boyce超弹材料
58

3.3.2  Blatz-Ko Foam超弹材料
58

3.3.3  延长管筒材料
58

3.3.4  Gent超弹材料
59

3.3.5  Mooney-Rivlin超弹材料
59

3.3.6  Neo-Hookean超弹材料
60

3.4  粘弹性材料模型
60

3.4.1  粘弹性材料公式
60

3.4.2  时间-温度叠加效应
62

3.5  率相关塑性材料模型
64

3.5.1  Perzyna和Peirce选项
64

3.5.2  EVH选项
64

3.5.3  Anand选项
65

3.5.4  设置方式
66

3.6  垫片材料模型
66

3.7  肿胀材料模型
67

第4章  ANSYS结构材料模型（二）
69

4.1  蠕变材料模型
69

4.1.1  隐式蠕变方程
69

4.1.2  显式蠕变方程
71

4.2  记忆合金材料模型
72

4.2.1  仿真超弹性行为
73

4.2.2  形状记忆效应
75

4.3  MPC184连接材料模型
78

4.3.1  线性弹性刚度和阻尼行为
78

4.3.2  非线性弹性刚度和阻尼行为
79

4.3.3  摩擦行为
81

4.4  接触摩擦模型
82

4.4.1  各向同性摩擦
82

4.4.2  正交各向异性摩擦
83

4.4.3  载荷步间重定义摩擦
84

4.4.4  用户自定义摩擦
84

4.5  内聚层材料模型
85

4.5.1  指数内聚层材料模型
85

4.5.2  双线性内聚层材料模型
85

4.5.3  接触单元内聚层材料模型
86

4.6  其他层材料模型
87

4.6.1  材料强度极限
87

4.6.2  损伤生成法则
89

4.6.3  损伤演变法则
89

4.6.4  用户定义材料模型
90

第三篇  结构单元

第5章  ANSYS结构单元概述
93

5.1  单元分类
93

5.1.1  单元分类特征
93

5.1.2  单元类型概述
94

5.1.3  结构单元选择
100

5.1.4  当前单元技术
101

5.1.5  结构退化单元
101

5.1.6  特殊单元概述
102

5.1.7  GUI不可访问单元
102

5.2  单元特征
102

5.2.1  单元输入
102

5.2.2  结果输出
105

5.2.3  单元坐标系
107

5.3  结构分析单元
109

5.3.1  连续应力单元
109

5.3.2  壳单元
110

5.3.3  梁单元和杆单元
111

5.3.4  管单元
111

5.3.5  加强单元
111

5.3.6  表面单元
111

5.3.7  单元构型和技术的自动选取
111

5.3.8  线性扰动分析可用单元
113

第6章  点单元
115

6.1  MASS21
115

6.1.1  单元描述
115

6.1.2  输入数据
115

6.1.3  输出数据
116

6.1.4  假设与限制
116

6.2  FOLLW201
117

6.2.1  单元描述
117

6.2.2  输入数据
117

6.2.3  输出数据
118

6.2.4  假设与限制
118

第7章  组合单元
119

7.1  COMBIN14
119

7.1.1  单元描述
119

7.1.2  输入数据
119

7.1.3  输出数据
121

7.1.4  假设与限制
122

7.2  COMBIN37
123

7.2.1  单元描述
123

7.2.2  输入数据
123

7.2.3  输出数据
127

7.2.4  假设与限制
128

7.3  COMBIN39
129

7.3.1  单元描述
129

7.3.2  输入数据
129

7.3.3  输出数据
132

7.3.4  假设与限制
134

7.4  COMBIN40
134

7.4.1  单元描述
134

7.4.2  输入数据
135

7.4.3  输出数据
137

7.4.4  假设与限制
138

7.5  COMBI214
139

7.5.1  单元描述
139

7.5.2  输入数据
139

7.5.3  输出数据
141

7.5.4  假设与限制
142

第8章  连杆单元
143

8.1  LINK11
143

8.1.1  单元描述
143

8.1.2  输入数据
143

8.1.3  输出数据
144

8.1.4  假设与限制
145

8.2  LINK180
145

8.2.1  单元描述
145

8.2.2  输入数据
146

8.2.3  输出数据
147

8.2.4  假设与限制
148

第9章  梁单元
149

9.1  BEAM188
149

9.1.1  单元描述
149

9.1.2  技术与使用推荐
150

9.1.3  输入数据
151

9.1.4  输出数据
155

9.1.5  假设与限制
160

9.2  BEAM189
160

第10章  管单元
161

10.1  PIPE288
161

10.1.1  单元描述
161

10.1.2  技术与使用推荐
161

10.1.3  输入数据
162

10.1.4  输出数据
166

10.1.5  假设与限制
171

10.2  PIPE289
171

10.3  ELBOW290
172

10.3.1  单元描述
172

10.3.2  输入数据
173

10.3.3  输出数据
178

10.3.4  假设与限制
181

第11章  二维平面单元
183

11.1  PLANE182
183

11.1.1  单元描述
183

11.1.2  输入数据
183

11.1.3  输出数据
185

11.1.4  假设与限制
187

11.2  PLANE183
187

第12章  三维实体单元
188

12.1  SOLID65
188

12.1.1  单元描述
188

12.1.2  输入数据
188

12.1.3  输出数据
191

12.1.4  假设与限制
195

12.2  SOLID185（同质构型）
195

12.2.1  单元描述
195

12.2.2  输入数据
196

12.2.3  输出数据
198

12.2.4  假设与限制
200

12.3  SOLID185（层状构型）
200

12.3.1  单元描述
200

12.3.2  输入数据
200

12.3.3  输出数据
202

12.3.4  假设与限制
204

12.4  SOLID186
204

12.5  SOLID187
205

12.5.1  单元描述
205

12.5.2  输入数据
205

12.5.3  输出数据
207

12.5.4  假设与限制
209

12.6  SOLID272
209

12.6.1  单元描述
209

12.6.2  输入数据
209

12.6.3  输出数据
211

12.6.4  假设与限制
213

12.7  SOLID273
214

12.8  SOLID285
214

第13章  壳类单元
215

13.1  SHELL28
215

13.1.1  单元描述
215

13.1.2  输入数据
215

13.1.3  输出数据
216

13.1.4  假设与限制
218

13.2  SHELL61
219

13.2.1  单元描述
219

13.2.2  输入数据
219

13.2.3  输出数据
221

13.2.4  假设与限制
231

13.3  SHELL181
231

13.3.1  单元描述
231

13.3.2  输入数据
232

13.3.3  输出数据
236

13.3.4  假设与限制
241

13.4  SHELL281
241

13.5  SHELL208
242

13.5.1  单元描述
242

13.5.2  输入数据
242

13.5.3  输出数据
245

13.5.4  假设与限制
248

13.6  SHELL209
249

13.7  SOLSH190
249

13.7.1  单元描述
249

13.7.2  输入数据
250

13.7.3  输出数据
252

13.7.4  假设与限制
256

第14章  接口单元
257

14.1  INTER192
257

14.1.1  单元描述
257

14.1.2  输入数据
257

14.1.3  输出数据
258

14.1.4  假设与限制
259

14.2  INTER193
259

14.3  INTER194
260

14.4  INTER195
260

14.4.1  单元描述
260

14.4.2  输入数据
260

14.4.3  输出数据
261

14.4.4  假设与限制
262

14.5  INTER202
262

14.5.1  单元描述
262

14.5.2  输入数据
263

14.5.3  输出数据
264

14.5.4  假设与限制
265

14.6  INTER203
265

14.7  INTER204
265

14.8  INTER205
266

14.8.1  单元描述
266

14.8.2  输入数据
266

14.8.3  输出数据
267

14.8.4  假设与限制
268

第15章  接触类单元
269

15.1  CONTA171
269

15.1.1  单元描述
269

15.1.2  输入数据
269

15.1.3  输出数据
274

15.1.4  假设与限制
279

15.2  CONTA172
279

15.3  CONTA173
280

15.3.1  单元描述
280

15.3.2  输入数据
280

15.3.3  输出数据
285

15.3.4  假设与限制
290

15.4  CONTA174
291

15.5  CONTA175
291

15.5.1  单元描述
291

15.5.2  输入数据
292

15.5.3  输出数据
297

15.5.4  假设与限制
303

15.6  CONTA176
304

15.6.1  单元描述
304

15.6.2  输入数据
304

15.6.3  输出数据
309

15.6.4  假设与限制
312

15.7  CONTA177
313

15.7.1  单元描述
313

15.7.2  输入数据
313

15.7.3  输出数据
317

15.7.4  假设与限制
320

15.8  CONTA178
321

15.8.1  单元描述
321

15.8.2  输入数据
321

15.8.3  输出数据
325

15.8.4  假设与限制
327

15.9  TARGE169
327

15.9.1  单元描述
327

15.9.2  输入数据
328

15.9.3  输出数据
331

15.9.4  假设与限制
332

15.10  TARGE170
332

15.10.1  单元描述
332

15.10.2  输入数据
333

15.10.3  输出数据
338

15.10.4  假设与限制
338

第16章  MPC184单元
339

16.1  MPC184
339

16.1.1  单元描述
339

16.1.2  输入数据
340

16.1.3  输出数据
340

16.1.4  假设与限制
340

16.2  MPC184-Link/Beam
340

16.2.1  单元描述
340

16.2.2  输入数据
341

16.2.3  输出数据
342

16.2.4  假设与限制
343

16.3  MPC184-Slider
343

16.3.1  单元描述
343

16.3.2  输入数据
343

16.3.3  输出数据
344

16.3.4  假设与限制
345

16.4  MPC184-Revolute
345

16.4.1  单元描述
345

16.4.2  输入数据
345

16.4.3  输出数据
347

16.4.4  假设与限制
352

16.5  MPC184-Universal
352

16.5.1  单元描述
352

16.5.2  输入数据
352

16.5.3  输出数据
354

16.5.4  假设与限制
358

16.6  MPC184-Slot
358

16.6.1  单元描述
358

16.6.2  输入数据
358

16.6.3  输出数据
360

16.6.4  假设与限制
362

16.7  MPC184-Point
363

16.7.1  单元描述
363

16.7.2  输入数据
363

16.7.3  输出数据
364

16.7.4  假设与限制
368

16.8  MPC184-Translational
368

16.8.1  单元描述
368

16.8.2  输入数据
368

16.8.3  输出数据
369

16.8.4  假设与限制
372

16.9  MPC184-Cylindrical
373

16.9.1  单元描述
373

16.9.2  输入数据
373

16.9.3  输出数据
375

16.9.4  假设与限制
380

16.10  MPC184-Planar
381

16.10.1  单元描述
381

16.10.2  输入数据
381

16.10.3  输出数据
382

16.10.4  假设与限制
389

16.11  MPC184-Weld
390

16.11.1  单元描述
390

16.11.2  输入数据
390

16.11.3  输出数据
391

16.11.4  假设与限制
393

16.12  MPC184-Orient
393

16.12.1  单元描述
393

16.12.2  输入数据
393

16.12.3  输出数据
394

16.12.4  假设与限制
396

16.13  MPC184-Spherical
397

16.13.1  单元描述
397

16.13.2  输入数据
397

16.13.3  输出数据
398

16.13.4  假设与限制
400

16.14  MPC184-General
401

16.14.1  单元描述
401

16.14.2  输入数据
401

16.14.3  输出数据
402

16.14.4  假设与限制
407

16.15  MPC184-Screw
407

16.15.1  单元描述
407

16.15.2  输入数据
407

16.15.3  输出数据
409

16.15.4  假设与限制
412

第17章  表面效应单元
414

17.1  SURF153
414

17.1.1  单元描述
414

17.1.2  输入数据
414

17.1.3  输出数据
417

17.1.4  假设与限制
419

17.2  SURF154
419

17.2.1  单元描述
419

17.2.2  输入数据
419

17.2.3  输出数据
422

17.2.4  假设与限制
424

17.3  SURF156
425

17.3.1  单元描述
425

17.3.2  输入数据
425

17.3.3  输出数据
427

17.3.4  假设与限制
428

17.4  SURF159
428

17.4.1  单元描述
428

17.4.2  输入数据
428

17.4.3  输出数据
432

17.4.4  假设与限制
433

第18章  矩阵单元
435

18.1  MATRIX27
435

18.1.1  单元描述
435

18.1.2  输入数据
435

18.1.3  输出数据
437

18.1.4  假设与限制
438

18.2  MATRIX50
438

18.2.1  单元描述
438

18.2.2  输入数据
438

18.2.3  输出数据
440

18.2.4  假设与限制
440

第19章  其他结构单元
441

19.1  MESH200
441

19.1.1  单元描述
441

19.1.2  输入数据
441

19.1.3  假设与限制
443

19.2  PRETS179
443

19.2.1  单元描述
443

19.2.2  输入数据
444

19.2.3  输出数据
445

19.2.4  假设与限制
445

19.3  REINF263
446

19.3.1  单元描述
446

19.3.2  输入数据
446

19.3.3  输出数据
447

19.3.4  假设与限制
449

19.4  REINF264
450

19.4.1  单元描述
450

19.4.2  输入数据
450

19.4.3  输出数据
451

19.4.4  假设与限制
453

19.5  REINF265
453

19.5.1  单元描述
453

19.5.2  输入数据
453

19.5.3  输出数据
454

19.5.4  假设与限制
456

第四篇  算  例

第20章  ANSYS分析程序案例
459

算例1：抛物运动
459

算例2：纵向弹簧振子的固有频率
460

算例3：扭转弹簧振子的固有频率
461

算例4：双弹簧振子系统静态分析
462

算例5：双弹簧振子系统瞬态分析
462

算例6：双弹簧振子系统谐响应分析
464

算例7：双弹簧振子系统谱分析
465

算例8：控制弹簧静态分析
467

算例9：非线性弹簧分析
468

算例10：双弹簧振子系统分析
468

算例11：使用COMBI214仿真转子轴承
471

算例12：超静定杆反力求解
473

算例13：LINK11执行单元示例
474

算例14：三杆受力分析
475

算例15：预张紧弦模态分析
475

算例16：螺杆蠕变分析
477

算例17：瞬态冲击分析
478

算例18：残余塑性应变分析
479

算例19：桁架最大变形分析
480

算例20：横向屈曲分析
481

算例21：普通梁截面悬臂梁谱分析
482

算例22：通用梁截面悬臂梁静力分析
483

算例23：用户定义已划分横截面
485

算例24：锥形梁截面
486

算例25：管线屈曲分析
486

算例26：管线塑性分析
487

算例27：ELBOW290示例
488

算例28：海洋载荷
488

算例29：带厚度平面应变
489

算例30：带孔板静力分析
490

算例31：用PRETS179张紧
491

算例32：用温度张紧
491

算例33：ISO材料响应
491

算例34：复合材料实体分析
493

算例35：承受对角载荷的方块（一）
494

算例36：承受对角载荷的方块（二）
495

算例37：承受对角载荷的方块（三）
496

算例38：承受对角载荷的方块（四）
497

算例39：使用初始状态文件输入初始状态
498

算例40：命令输入初始应力
500

算例41：命令输入初始应变
500

算例42：初始弹性应变
501

算例43：使用REINF263加强
502

算例44：使用REINF264进行加强
503

算例45：使用REINF265进行加强
505

算例46：壳单元薄膜选项
506

算例47：圆筒壳体弯曲分析
507

算例48：圆盘壳体结构模态分析
508

算例49：壳截面定义
508

算例50：壳截面偏置
509

算例51：剪切梁的横向振动
510

算例52：盘形弹簧变形后固有频率分析
511

算例53：使用接触单元张紧
512

算例54：二维垫片
512

算例55：三维垫片
514

算例56：二维脱落
516

算例57：三维脱落
517

算例58：2D面面分析
518

算例59：3D面面分析
520

算例60：过盈配合
520

算例61：2D节点-面接触
521

算例62：3D节点-面接触
522

算例63：梁-梁外接触
523

算例64：SOLID272与SURF159示例
524

算例65：SOLID285示例
524

算例66：FOLLW201单元示例
525

算例67：线-面接触
525

算例68：节点-节点接触
526

算例69：实体-实体装配
527

算例70：实体-壳装配
527

算例71：实体-梁装配
528

算例72：实体单元验证
528

算例73：刚性表面约束
529

算例74：力分布约束
530

算例75：MPC184刚性梁
530

算例76：MPC184滑动单元
532

算例77：摇杆机构
533

算例78：曲柄滑块机构
534

算例79：摆动导杆
535

算例80：万向联轴节
536

算例81：曲柄滑块机构（使用狭槽）
537

算例82：正弦机构
538

算例83：点面连接单元示例
538

算例84：平动单元示例
539

算例85：圆柱连接单元示例
540

算例86：平面连接单元示例
541

算例87：焊接单元示例
542

算例88：方向连接单元示例
542

算例89：球铰连接示例
543

算例90：通用连接示例
543

算例91：螺纹连接示例
543

算例92：立方体承受切向压强载荷
544

算例93：扭转振子
545

算例94：承受对角载荷的方块（五）
546

附  录
548

附录1  单元与算例对应关系
548

附录2  结构分析涉及的常见命令
549

A2.1  SESSION命令
549

A2.2  DATABASE命令
551

A2.3  APDL编程命令
554

A2.4  PREP7命令
556

A2.5  SOLUTION命令
569

A2.6  POST1命令
577

A2.7  POST26命令
582

编辑推荐

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