Ansys常用单元类型

1. solid5单元说明

solid5具有三维磁场、热场、电场、电压场和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。本单元有8个节点，每个节点最多有6个自由度。具有类似场性能的耦合场单元有plane13，solid62，solid98。

2. link11单元说明

link11可用于模拟液压缸和其他经历大变形的应用中。这个单元是儋州拉压单元，每一个节点有三个自由度：沿x、y、z的平动。不考虑弯曲和扭动荷载。

3. plane13单元说明

plane13单元具有二维磁、热、电、电压和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。本单元有4个节点，每个节点最多有4个自由度。本单元具有为B-H曲线或永磁体退磁曲线建模的非线性磁能力。Plane13单元具有大变形和应力刚度能力。在用于纯结构分析时，plane13单元也具有大应变的能力。

4. combin14单元说明

combin14具有一维、二维或三维应用中的轴向或扭转的性能。轴向的弹簧-阻尼器选项是一维的拉伸或压缩单元。它的每个节点具有3个自由度：沿x、y、z的轴向移动。它不能考虑弯曲和扭转。扭转的弹簧-阻尼器是一个纯扭转单元。它的每个节点具有3个自由度：x、y、z的旋转。它不能考虑弯曲或轴向力。

5. mass21单元说明

mass21单元是一个具有6个自由度的点单元：即沿x、y、z的轴向移动和x、y、z的旋转。每个方向可以具有不同的质量和转动惯量。

6. plane25单元说明

plane25单元是用于模拟二维轴对称结构承受非轴对称荷载。例如弯曲、剪切和扭转荷载。该单元由4个节点定义，每个节点拥有3个自由度：即沿x、y、z的轴向移动。

7. matrix27单元说明

matrix27代表一种任意的单元，单元的特性无定义，但其弹性运动学响应可用刚度、阻尼或者质量系数来指定。本矩阵单元连接2个节点，每个节点有6个自由度：即沿节点坐标系x、y、z的轴向移动和绕节点坐标系x、y、z的旋转。

8. fluid29单元说明

fluid29单元用于模拟流体和流体与结构响应问题。典型的应用包括声波传递和水下结构物动态分析。

9. fluid30单元说明

fluid30单元用于模拟流体和流体与结构响应问题。

10. link31单元说明

link31单元能够对空间两点间的热辐射进行模拟，也由两个节点组成，其属性由辐射表面面积、几何形状因子、热辐射系数和斯特藩-玻尔兹曼常数定义。

11. link33单元说明

link33单元是三维热传导杆单元，是用于节点间热传导的单轴单元，此单元在每个节点上只有一个自由度——温度。热传导杆单元可用于稳态或瞬态的热分析问题。

12. link34单元说明

link34单元是一个单轴对流连接单元，它允许热量通过对流的形式在节点间传递。这个单元由两个节点组成，其属性由对流表面面积和对流热传递系数定义。

13. plane35单元说明

plane35单元是一个6节点三角形单元，它与8节点的plane77单元兼容。三角形能够较好地适应不规则的模型的 格划分（例如来自不同CAD/CAM系统的模型）。本单元在每个节点有一个自由度：温度。

此6节点热单元用于二维稳态或瞬态热分析。如果包含本单元的模型也要进行结构分析，需要将本单元转换为等价的结构单元（如plane183）.本单元可用作平面单元或轴对称单元。

14. shell181单元说明

shell181单元适合于对薄的到具有一定厚度的壳体结构进行分析。它是一个4节点单元，每个节点具有6个自由度：即沿节点坐标系x、y、z的轴向移动和绕节点坐标系x、y、z的旋转。（如果使用了薄膜选项的话，那该单元就只有移动自由度了）。简单的三角形选项只有在该单元作为充填单元进行 格划分时才会用到。

Shell181单元非常适用于分析线性的，大转动变形和非线性的大变形。壳体厚度的变化是为了适应非线性分析。

15. shell63单元与shell181单元的比较

shell63单元是ansys软件早期开发的一种弹性壳单元，具有分析板壳的弯曲和薄膜力学行为的功能。随着ansys版本的提高，该单元日渐被shell181单元代替，shell181单元适用于分析中等厚度的壳结构，不但具有分析板壳的弯曲和薄膜力学行为的功能，而且可以考虑板壳结构的剪切变形。

Beam44、beam188与beam89单元的比较

16. Beam188单元说明

Beam188单元适用于分析细长到中等短粗/厚梁结构。该单元是基于timoshenko梁理论，其中包括剪切变形效果。该单元提供不受限制的翘曲和横截面受限制翘曲的选项。

Beam188是一个2节点的三维线性梁。Beam188在每个节点上有6或7个自由度，自由度数目的变化是由keyopt(1)来控制的。当keyopt(1)=0时（默认），每节点有6个自由度：即沿节点坐标系x、y、z的轴向移动和绕节点坐标系x、y、z的旋转。当keyopt(1)=1时，会添加第七个自由度（翘曲量）

此单元能够很好地应用于线性（分析），大偏转，大应力的非线性（分析）。

推荐细长比>30

17. Beam189单元说明

Beam189单元适用于分析细长到中等短粗/厚梁结构。该单元是基于timoshenko梁理论，其中包括剪切变形效果。该单元提供不受限制的翘曲和横截面受限制翘曲的选项。

Beam189是一个3节点的三维线性梁。Beam189在每个节点上有6或7个自由度，自由度数目的变化是由keyopt(1)来控制的。当keyopt(1)=0时（默认），每节点有6个自由度：即沿节点坐标系x、y、z的轴向移动和绕节点坐标系x、y、z的旋转。当keyopt(1)=1时，会添加第七个自由度（翘曲量）

此单元能够很好地应用于线性（分析），大偏转，大应力的非线性（分析）。

推荐细长比>30

18. Beam4单元说明

Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有6个自由度：即沿节点坐标系x、y、z的轴向移动和绕节点坐标系x、y、z的旋转。可用于计算应力硬化及大变形的问题。

尽管该单元在ansys中是可用的，但是推荐使用技术更先进的beam188单元。

19. Link180单元说明

Link180单元是有着广泛工程应用的三维杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有3个自由度：沿节点坐标系x、y、z的平动。就像铰接结构一样，本单元不承受弯矩。本单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形、大应变的功能。默认情况下，无论进行何种分析，当使用命令NLGEOM,ON时，link180单元的应力刚化效应开关打开。同时本单元还具有弹性、各向同性塑性硬化、动力塑性硬化、hill（各向异性塑性）、chaboche（非线性塑性硬化）以及蠕变等性能。

20. Pipe289单元说明

Pipe289单元适用于分析细长的到中等粗短/壁厚的管结构。该梁基于铁木辛科梁理论，包括剪切变形效应。Pipe289单元是一个二次的三维三节点管单元。该单元在它各个节点处有6个自由度：即沿节点坐标系x、y、z的轴向移动和绕节点坐标系x、y、z的旋转。该单元很适合于线性、大转角或者大变形的非线性分析。

21. SOLSH190单元说明

SOLSH190单元适用于各种厚度的壳体结构的建模（从薄壳到中厚壳）。该单元在拓扑学上表现为连续介质实体单元，有8个节点，每一个节点处有3个自由度，：节点x,y和z方向的平动。因此无需额外的操作SOLSH190就可与其他的连续介质单元相连接。

该单元可以退化为三角形棱柱单元，但只能在 格划分时被当做填充单元来使用。单元适用于塑性、超弹性、应力刚化、蠕变、大变形和大应变分析。

单元类型的选择

1. 杆单元（link）与梁单元（beam）的选择

杆单元只能承受沿杆件轴向的拉力或压力，杆单元不能承受弯矩，这是杆单元的基本特点。

梁单元则既可以承受拉、压，还可以承受弯矩。如果你的结构中要承受弯矩，则不能选择杆单元。

对于梁单元，常用的有beam3，beam4，beam188三种，它们的区别在于：

1）beam3是2D梁单元，只能解决二维问题；

2）beam4是3D梁单元，可以解决三维的空间梁问题；

3）beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状；

2. 对于薄壁结构，是选择实体单元还是壳单元

对于薄壁结构，最好选用shell单元，shell单元可以减少计算量，如果非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了，而且，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差较大，反而不如shell单元计算准确。

实际工程中常用的shell单元由shell63，shell93。Shell63是四节点的shell单元（可以退化为三角形），shell93是带中间节点的四边形shell单元（可以退化为三角形），shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。对于一般的问题，选用shell63就足够了。

3. 实体单元的选择

实体单元类型也比较多，实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型，常用的实体单元类型有solid45，solid92，solid185，solid187这几种。

其中solid45，solid185可以归为第一类，它们都是六面体单元，都可以退化为四面体和棱柱体，单元的主要功能基本相同。

Solid92，solid187可以归为第二类，它们都是带中间节点的四面体单元，单元的组要功能基本相同。

如果所分析的结构比较简单，可以很方便的全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用第一类单元，也就是选用六面体单元。如果所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用第二类单元，也就是带中间节点的四面体单元。

新手最容易犯的错误就是，选用了第一类单元类型（六面体单元），但是在划分 格的时候，由于结构比较复杂，六面体划分不出来，单元全部被划分成了四面体，也就是退化的六面体单元，这种情况下，计算出来的结果的精度是非常糟糕的，有时候即使你把单元划分的很细，计算精度也很差，这种情况是绝对要避免的。

六面体单元和带中间节点的四面体单元的计算精度都是很高的，他们的区别在于：一个六面体单元只有8个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体大暖恰好相反，不管结构多复杂，总能轻易划分出四面体，但是，由于每个单元有10个节点，总结点数比较多，计算量会大很多。

前面把实体单元类型归为2类了，对于同一类型中的单元，应该选用哪一种呢？通常情况下，同一类型中，各种不同的单元，计算精度几乎没有什么明显的差别。选取的基本原则是优先选用编号高的单元。比如，第一类中应该优先选用solid187。Ansys的单元类型是在不断发展和改进的，同样功能的单元，编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增强。

对于实体单元，总结起来就一句话：复杂的结构用带中间节点的四面体，优选solid187，简单的结构用六面体单元，优选solid185。

Ansys中有七八种梁单元，他们的特点和适用范围各不相同。了解这些单元之间的异同，有助于正确选择单元类型和得到较为理想的计算结果。

梁是一种几何上一维而空间上二维或三维的单元，主要用于模拟一个方向长度大于其他两方向的结构形式。也就是说，主要指那些细长、像柱子一样的结构，只要横截面的尺寸小于长度尺寸，就可以选用梁单元来模拟（这在一定意义上和壳单元在一个方向上比另外两个方向都薄原理相似）。通常来讲，横截面尺寸要小于长度的1/20或1/30，这里的长度是指两支撑点间的物理意义上的距离。梁单元本身可以进行任意的 格划分，且不支配梁理论的适用性；反过来，就像刚才提到的那样，物理尺寸和特性将决定选择哪种单元更为合适。

有两种基本的梁单元理论：铁木辛科梁（剪切变形）理论和欧拉-伯努利理论。

Ansys中的如下单元是基于欧拉-伯努利梁理论：

1）2D/3D elastic beam3/4

2）2D plastic beam23

3）2D/3D offset tapered，unsymmetric beam54/44

4）3D thin-walled，plastic beam24

欧拉-伯努利梁理论建立在如下假定的基础上：

1）单元形函数为hermitian多项式，挠度是三次函数；

2）弯矩可以线性改变；

3）不考虑横截面剪切变形；

4）扭转时截面不发生翘曲；

5）只具有线性材料能力（部分单元beam23/24具有有限的非线性材料能力）；

6）非常有限的前后处理能力（除了beam44）；

Ansys中有两种梁单元（beam188和beam189）是基于铁木辛科梁（剪切变形）理论，这种梁理论主要建立在如下假定基础上：

1）单元形函数为拉格朗日插值多项式，具有线性或二次的位移函数；

2）横向剪应力沿着厚度方向为常数（一阶剪切变形梁单元）；

3）可以模拟自由或约束扭转效应；

4）支持丰富的模型特性（塑性和蠕变）；

5）强大的前后处理能力。

使用中需要注意：

1）铁木辛科梁（剪切变形）理论是基于一阶剪切变形理论的，它不能准确地求解短粗梁，因此，ansys在帮助里指出该类梁的适用范围是：GAL2/EI>30，对于那些高跨比比较大的梁应选用实体单元求解；

2）Ansys中2结点的铁木辛科（剪切变形）单元beam188对 格密度的依赖性较强，选用时单根构件单元数应不小于5或者不小于3，并且打开keyopt（3），否则误差会较大。