ANSYS中，为什么科研工作者更青睐的180系列单元（一）？

1年前浏览4854

前言

ANSYS中除180系列单元，还发展诸多其他系列单元，无论在线性分析或者非线性分析中，为什么科研工作者更青睐180系列单元呢？这是因为180系列单元具有丰富的高阶技术，以及其对比其他单元的高精确度优势。本文将通过具体案例详细对比180系列单元的优势及与其他单元对比。

ANSYS中单元类型的发展，更看重单元的一致性和通用性和鲁棒性，也就是说单元的运用过程中不需要过多的假设。180系列单元主要是为大变形分析设计的系列单元，该系列单元具有着丰富的非线性本构和先进的有限元技术。因此，180系列单元通常是非线性分析的首要选择，比如说在有限应变分析、大旋转分析、时程独立和非独立材料分析中，当然，180系列单元在线性分析中，也是非常好用的选择。

主要探究180系列单元在以下方面与其他单元的优势，本文分（一）部分和（二）部分。（一）主要包含180系列的实体平面单元与其他单元的优势对比，（二）包含180系列的beam单元和shell单元的优势对比。

主要涉及180系列单元增强应变技术，Mixed u-P（混合u-p方法）技术，对不同应力状态的描述能力，不同类型的材料描述能力；180系列beam单元在描述扭转/横向剪切应力的能力，多材料属性的梁截面特性，复合梁截面，含翘曲变形的屈曲问题，弯曲梁的建模能力，梁单元材料非线性等方面优势。

对比案例1

180系列单元增强应变技术，以如下薄板的弯曲问题说明：

薄板的弯曲，长10，厚1
采用182单元+增强应变技术；对比：采用42号单元+附加形函数
对称应力状态
纯弹性材料，不同泊松比情况
（E=1875，nu=0,0.25,0.3,0.49,0.499,0.4999）
线性分析，压力p=1

对比分析

如下给出了中间测量点的垂直位移，可以看到PLANE182单元计算的结果在不同泊松比下误差控制在5%以内，但是对于42号单元，在泊松比较大的情况下，误差非常大，给出了错误的结果。

对比案例2

180系列单元Mixed u-P（混合u-p方法）技术，以如下模型结果表明：

混合u-p方法是在泊松比过高而其他一些有限元技术无法消除体积自锁（体积锁死），求解无法收敛的情况下，应采用u-p混合方法。

该方法仅180系列单元具有，区别于纯位移求解，进一步通过位移结果导出力解，混合u-p方法是将力作为独立的自由度进行求解的。

对比分析

如下左边为纯位移求解会导致变形不连续，而采用u-P方法的位移结果是正常连续的。

对比案例3

不同实体结构单元对不同应力状态的描述能力,以如下弯管承内外压问题说明：

2D建模vs3D建模弯管承内外压
一般平面应变状态（仅182/183单元）
如上图所示的两端平面夹角为90度的弯管，
材料:E=200Gpa,nu=0.28
载荷：内压150Mpa,外压1200Mpa
FE模型：2D183单元-一般应变；3D186单元
对比模型采用3D186单元，载荷、边界条件，及求解结果如下图所示，但是这样的3D模型计算耗时比较久。