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
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