仿真笔记——ANSYS有限元分析的单元和材料属性

一、前言

在对模型进行网格划分之前，要明确是采用自由网格还是采用映射网格来进行分析。自由网格对单元的形状无限制，并没有特定的准则。而映射网格则对包含的单元形状有限制，而且必须满足特定的规则。

映射面网格只包含四边形或三角形，映射体网格只包含六面体网格。另外，映射网格具体规则的排列形状，如果想要这种网格类型。所生成的几何模型必须具有一系列规相当规则的体或面。自由网格和映射网格示意图如下图所示:

ANSYS软件平台提供了自由网格划分(Free)和映射网格划分(Mapped)两种策略。自由网格划分用于空间自由曲面和复杂实体，采用三角形、四边形、四面体进行划分，通过网格数量、边长及曲率来控制网格的质量。而映射划分则是用于曲线、曲面、实体的网格划分方法，可使用三角形、四边形、四面体、五面体和六面体进行划分，通过指定单元边长，网格数量等参数对网格进行严格控制。映射划分只用于规则的几何图素，对于裁剪曲面或者空间自由曲面等复杂几何体则难以控制。

二、定义单元属性

2.1 定义单元类型

同样的单元形式，因为关键项设置的不同，将可能产生不同的计算结果，因此，需要进行区分，以单元识别号来区分单元种类，这一思路与 Abaqus 有些不同。

例如，同样是20结点六面体单元 Solid186，当其单元关键项 KEYOPT(2)设置为0时，表示该单元为减缩积分单元，即 Abaqus 中的 C3D20R 单元;当其单元关键项 KEYOPT(2) 设置为1时，表示该单元为完全积分单元，即 Abaqus 中的 C3D20 单元。

由此可见，在 ANSYS 中，是通过设置单元关键选项的方式来定义单元的某些性质/属性，而在 Abaqus 中，是在 Assign Element Type 菜单中设置。

2.2 定义实常数

单元属性主要包括几何属性(位置、尺寸等)、物理属性(弹模、泊松比等)。单元的实常数是对干所选单元的补充定义，实常数对于不同的单元有不同的用途，一般的用途为:

1.梁单元: 梁单元建模时只是一条线，为了设置单元的面积、惯性矩、高度等属性，需要为实常数来设置。

2.板壳单元 :板单元建模时只是一个面，面的厚度等属性要能过实常数来设置。

3.实体单元:对于平面四边形单元，若是平面应力问题且厚度不为1时，要在实常数中设置单元的厚度。

4.弹簧单元: 弹簧单元建模时只是一条线，弹簧的刚度、阻尼系数等要通过实常数设置。

2.3 定义材料属性

1.各项同性线弹性材料

参考实例：定义各项同性材料

材料属性查看

2.4 定义梁截面

注意：方向关键点是线的属性而不是单元属性

1、定义截图类型

由上述命令流创建的梁截面，如下图所示：

因ANSYS的梁截面名称只限定在8个字符以内，超过部分将被省略，因此，在GUI中，H型钢梁截面的名称仅显示前8个字符，即H200*100

2.5 定义板壳截面