第1篇-《ansys应用—基础篇》..

有限元软件ansys提高计算力学研究室

2.6壳单元分析计算

壳是一种重要的结构形式，也是三维实体结构的简化形式（一维尺度远小于另两维的尺度）。本章将以常见的shell63壳单元为例，介绍ansys中壳结构有限元分析的基本方法，同时结合一个圆柱面屋顶结构的受力分析进行讲解。

2.6.1概述

壳结构是一类重要的工程结构，其分析的理论基础为板壳力学。壳结构在工程中有着广泛的应用，如各种平台结构的平合板、各类曲面壳体穹顶（如图6.1所示的悉尼歌剧院壳结构）等。关于壳结构的有限元分析方法，一般的有限元教程中都有介绍，这里不再展开叙述。

图6.1悉尼歌剧院壳结构

ansys中提供了一系列壳单元，常见的有shell63（4节点弹性壳单元）、shell93（8节点弹性壳单元，适合于曲面壳体的单元划分）以及shell51（2节点轴对称壳单元）等，下面以shell63为例，简单介绍壳单元的特点。shell63单元是一种4节点弹性壳单元，每个节点具有6个自由度，即三个方向的线位移和三个方向的转角，如图6.2所示，shell63单元可以同时承受壳面内、外的载荷，同时具有壳单元算法和膜单元算法，该单元还考虑了应力刚化效应以及大变形效应，使用该单元时，须注意以下问题：

图6.2shell63壳单元

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（1）壳单元的面积不能为零。

（2）不允许单元厚度为零或者在角点减小为零的情况。

（3）在壳单元组合中，只要每个单元不超过15度，可很好的产生一个曲边壳面。

2.6.2受内压圆柱壳有限元分析

一、问题描述

一个具有封头的圆柱形薄壁压力容器，筒体承受内压p，名义直径为d，壁面厚度为t，计算筒体中部处的轴向应力σy和环向应力σz。其中弹性模量e=200gpa，泊松比μ=0.3，直径d=3000mm，壁厚t=25mm，内压p=3.5mpa。考虑封头的影响，筒体中部的等效轴向拉力fz=pπd2/4，等效轴向拉应力为fz/（πd）。

图6.1受内压圆柱壳示意图

二、gui求解步骤

1.进入ansys

程序→ansys11.0→ansysproductlauncher→改变workingdirectory到指定文件夹→在jobname输入：file。

2.定义变量

utilitymenu→parameters→scalarparameters→selection

输入

pi=acos（-1）→accept→

selection输入直径变量d0=3000→accept→selection输入壁厚变量t0=25→accept→selection输入高度变量h0=3000→accept→selection输入内压变量p1x=3.5→accept→selection输入轴向拉应力变量p2z=p1x*（pi*d0**2）/（pi*d0*t0）→accept→close。

3.设置计算类型

mainmenu>preferences→选择structural→ok。

4.定义单元属性

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（1）定义单元类型

①mainmenu>preprocessor>elementtype>add/edit/delete→add→选择shell181单元，即在左列表框中选择shell，在右列表框中选择4node181→ok。

②单元选项设置。选中shell181单元→option→k1改成薄壁membraneonly，k3改成完全积分fullw/incompatible→ok→close，见图6.2。

图6.2选择单元类型及单元选项