1、Ansys中文帮助单元详解SURF154单元详解SURF154最后附153，154例子help，vm383-D结构表面效应单元MP ME ST PR PP ED SURF154单元描述SURF154 可以用于各种变化载荷和表面效应。可以覆盖在任意3D单元面上。该单元用于3D结构分析，而且变载荷和表面效应可以同时存在。关于此单元更详细的信息请参看ANSYS, Inc. Theory Reference的SURF154。Figure 154.1SURF154几何形状SURF154输入数据该单元几何形状，节点位置，坐标系如图Figure 154.1: SURF154 Geometry。该单元由4至8
2、个节点和材料特性定义。三角形单元可以通过把K，L定义到相同位置得到，在Triangle, Prism and Tetrahedral Elements中有详细描述。该单元默认X轴与I-J边平行。 质量和体积计算要用到单元厚度（实常数TKI, TKJ, TKK, TKL）。厚度TKJ, TKK, 和TKL默认为TKI, 值为1.0。质量计算还用到密度（材料特性，单位体积质量）和实常数ADMSUA，附加单位面积质量。刚度矩阵计算要用到平面内单位长度内力（以实常数SURT输入）和弹性地基刚度（以实常数EPS输入）。地基刚度可以是衰减的，或者使用材料特性DAMP作为刚度的放大系数（using the
3、material property DAMP as a multiplier on the stiffness）或者直接使用材料特性VISC。 关于单元载荷的描述请参看 Node and Element Loads。压力可以作为面载荷作用在如图Figure 154.2: Pressures中带圈标记所示的faces上。SURF154 允许复杂压力载荷。 Faces 1, 2, and 3 KEYOPT(2) = 0.前三个正压力沿单元坐标轴正方向（除了法向压力沿Z轴负方向）。对于face 1,由KEYOPT(6)决定是否取消正或负值，用来模拟在包含流体的自由面处的不连续性。对于faces2和3
4、,载荷方向由单元坐标系，因此需要用到ESYS命令。Faces 1, 2, and 3 KEYOPT(2) = 1.压力载荷按照局部坐标系加载在单元面上。如下图， face 1 沿局部坐标系X轴方向，face 2沿局部坐标系Y轴方向，face 3沿局部坐标系Z轴方向。局部坐标系必须被定义。此时KEYOPT(6) 不可用。 Figure 154.2PressuresFace 4.方向为单元法线方向，在每个积分点的压力大小为PI + XPJ + YPK + ZPL ，从PI到PL按照从VAL1 到VAL4 输入，用SFE命令。X, Y, Z为当前点位置的全局笛卡儿坐标值。由KEYOPT(6)决定是否
5、取消正或负值，用来模拟在包含流体的自由面处的不连续性。 Face 5.压力大小为 PI, 方向为节点i，j，k处单位矢量在全局笛卡儿坐标系中的方向。载荷大小通过KEYOPT(11) 和 KEYOPT(12)调整。 当使用SFFUN或SFGRAD命令时，载荷方向不会被调整。该单元自动包含压力载荷刚化效应。如果压力载荷刚化效应需要非对称矩阵，用NROPT,UNSYM 命令。温度作为体载荷在节点处输入。单元体载荷-温度，不会加载到其它相连接的单元。T节点 I 温度为 T(I) ，默认为 TUNIF。如果其它温度没有指定，都默认为T(I)。如果所有角节点的温度都被输入，则每个中节点的温度为相邻角节点温
6、度的平均值。对于其它输入形式，没指定的均为TUNIF. 温度只用于材料特性评估。 当KEYOPT(4)=0时,无中节点的边表明位移按线性变化，沿着边。更多关于使用中节点的信息查看ANSYS Modeling and Meshing Guide中的Quadratic Elements (Midside Nodes)。单元摘要在SURF154 Input Summary中给出。单元输入一般说明在Element Input给出。如果使用带SXGEOM参数的SURF153单元，参看Element Support。SURF154输入摘要节点 I,J,K,L当KEYOPT(4)=1I,J,K,L,M,N,
7、O,P当KEYOPT(4)=0自由度UX,UY,UZ实常数(Blank),(Blank),(Blank),EFS,SURT,ADMSUA,TKI,TKJ,TKK,TKL关于实常数的描述参看 Table 154.1: SURF154 Real Constants 材料特性DENS,VISC,DAMP面载荷压力-face1(I-J-K-L)(沿-z法线方向)face2(I-J-K-L)(切向(+x)face3(I-J-K-L)(切向(+y)face4(I-J-K-L)(沿-z法线方向,globaltaper)face5(I-J-K-L)(方向由输入矢量决定)体载荷温度-T(I),T(J),T(K)
8、,T(L);alsoT(M),T(N),T(O),T(P)当KEYOPT(4)=0特殊特性应力刚化大挠度生死单元KEYOPT(2)按坐标系施加压力faces1,2和3:0-按照单元坐标系1-按照局部坐标系KEYOPT(4)中节点:0-有(和附近的实体单元匹配)1-无KEYOPT(6)只对法线方向压力有效(faces1and4):0-使用压力计算(正负都用于计算)1-只使用正压力(负值设为0)2-只使用负压力(正值设为0)注意：如果用KEYOPT(6),则KEYOPT(2)必须等于0。KEYOPT(11)按照矢量方向加载(face5):0-在投影平面，包含切向分量1-在投影平面，不包含切向分量2
9、-在整个平面，包含切向分量KEYOPT(12)单元法线（单元坐标系Z轴）方向对以矢量定向的压力的影响：0-压力载荷加载与单元法线方向无关1-如果单元法线方向和压力矢量方向相同，则压力载荷不被使用Table154.1SURF154实常数序号名称描述1.3(Blank)-4EFS地基刚度5SURT表面张力6ADMSUA附加的单位面积质量7TKI节点I处厚度(默认为1.0)8TKJ节点J处厚度(默认为TKI)9TKK节点K处厚度(默认为TKI)10TKL节点L处厚度(默认为TKI)SURF154输出数据与单元有关的结果输出有两种形式: 整个节点解中的节点自由度解 另外的元素输出参看Table 154
10、.2: SURF154 Element Output Definitions 认为热流出单元为正。关于解的输出的一般说明在Solution Output中查看参看ANSYS Basic Analysis Guide 获得更多观察解的方式。元素输出定义表使用以下符号：在NAME一栏中冒号表示能用部件名路径进入的项ETABLE,ESOL。O一栏表示可从文件Jobname.OUT中获得的项。R一栏表示结果文件中可获得的项。无论在O或者R栏，Y表示该项总是可获得，表脚注中的数字表示该项在某种条件下可获得，a表示该项不可获得。Table154.2 SURF154单元输出数据定义名称定义OREL元素号YY
11、SURFACE NODES 节点-I,J,K,LYYEXTRA NODE 额外的节点(如果存在)YYMAT材料号YYAREA表面面积YYVOLU:体积YYXC,YC报告结果的位置Y6VN(X,Y,Z)到单元中心的单位法向矢量的分量（Components of unit vector normal to center of element） -YPRES节点I,J,K,L处的压力P1,P2,P3,P4,P51-PZ,PX,PY单元坐标系下节点处压力(P5使用平均单元坐标系)-1DVX,DVY,DVZ压力P5矢量方向11AVG.FACEPRESSURE平均法向压力(P1AVG)，X方向分量平均压力
12、(P2AVG),Y方向分量平均压力(P3AVG),Z方向分量平均压力(P4AVG),矢量定向压力的有效值(P5EFF)11TEMP表面温度T(I),T(J),T(K),T(L),T(M),T(N),T(O),T(P)22DENSITY密度33MASS单元质量33FOUNDATION STIFFNESS 地基刚度(以EFS输入)44FOUNDATION PRESSURE 基地压力44SURFACE TENSION 表面张力(以SURT输入)55当为压力载荷时当为温度载荷时当dens0当EFS0当SURT0只能在质心作为一个*GET项获得。Table 154.3: SURF154 Item and
13、 Sequence Numbers列出了通过ETABLE命令利用序号途径可获得的输出。查看ANSYS Basic Analysis Guide and The Item and Sequence Number Table里的The General Postprocessor (POST1)获得更多信息。下列符号在Table 154.3: SURF154 Item and Sequence Numbers中用到:Name在Table 154.2: SURF154 Element Output Definitions中定义的输出量名Item为ETABLE命令预定的标签E对于单值或常数型单元数据的序
14、列号I,J,K,L节点I,J,k,L处数据的序列号Table154.3 SURF154项和序列号输出量名ETABLE and ESOL Command Input ItemEIJKLPZ(real)SMISC-1234PX(real)SMISC-5678PY(real)SMISC-9101112PZ(imaginary)SMISC-27282930PX(imaginary)SMISC-31323334PY(imaginary)SMISC-35363738P1AVG(real)SMISC13-P2AVG(real)SMISC14-P3AVG(real)SMISC15-P4AVG(real)SMI
15、SC16-P5EFF(real)SMISC17-P1AVG(imaginary)SMISC39-P2AVG(imaginary)SMISC40-P3AVG(imaginary)SMISC41-P4AVG(imaginary)SMISC42-P5EFF(imaginary)SMISC43-FOUNPRSMISC21-AREANMISC1-VNXNMISC2-VNYNMISC3-VNZNMISC4-EFSNMISC5-SURTNMISC6-DENSNMISC7-MASSNMISC8-DVXNMISC9-DVYNMISC10-DVZNMISC11-SURF154假设和限制不能有0面积。在平面内的表面
16、张力矢量作为常量加载在节点上，寻求表面面积最小。对于大挠度结构分析，载荷作用在当前单元尺寸上，而不是原始尺寸。对于死单元表EKILL和再激活单元EALIVE，面解输出和地基刚度无效。面解输出不包括大应变。SURF154限制如果在下面列出的ANSYS产品中使用这种单元时，除了上面列出的一般假设和约束外，对这种单元还有其它规定的产品特殊限制ANSYS Professional.允许多特殊特性：应力刚化和大挠度。VISC和DAMP材料特性不可应用。ANSYS Structural.允许的材料特性：DENS（密度）。153，154例子/PREP7/TITLE, VM38, PLASTIC LOADIN
17、G OF A THICK-WALLED CYLINDER UNDER PRESSUREET,1,PLANE42,1,1ET,2,SURF153,1,1!无中节点的轴对称2D表面效应单元MP,EX,1,30E6！材料特性MP,NUXY,1,.3TB,BKIN,1,1!双线性随动硬化TBTEMP,70TBDATA,1,30000,0!屈服应力和0正切模数N,1,4!定义节点N,6,8FILLNGEN,2,10,1,6,1,1E,11,1,2,12!定义单元EGEN,5,1,1CPNGEN,1,UY,11,16!耦合节点TYPE,2!创建SURF153单元，施加表面压力NSEL,S,LOC,X,4E
18、SURFNSEL,ALLTREF,70!边界条件及载荷D,1,UY,6FINISH/SOLUESEL,S,TYPE,2!选择SURF153单元施加表面压力!塑性分析SFE,ALL,1,PRES,12990ESEL,ALLOUTPR,BASIC,1SOLVEFINISH/POST1ETABLE,STRS_R,S,XETABLE,STRS_T,S,Z*GET,SIGR_I,ELEM,1,ETAB,STRS_R*GET,SIGT_I,ELEM,1,ETAB,STRS_T*GET,SIGR_O,ELEM,5,ETAB,STRS_R*GET,SIGT_O,ELEM,5,ETAB,STRS_T*DIM,L
19、ABEL,CHAR,4,2*DIM,VALUE,4,3LABEL(1,1)=SIGRLFT,SIGTLFT,SIGRRT_,SIGTRT_LABEL(1,2)=_ENDpsi,_ENDpsi,ENDpsi,ENDpsi*VFILL,VALUE(1,1),DATA,-9984,18645,-468,9128*VFILL,VALUE(1,2),DATA,SIGR_I,SIGT_I,SIGR_O,SIGT_O*VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(SIGR_I/9984),ABS(SIGT_I/18645)*VFILL,VALUE(3,3),DATA,ABS(SIGR_O/468),A
20、BS(SIGT_O/9128)SAVE,TABLE_1FINISH/SOLUESEL,S,TYPE,2!选择SURF153单元施加表面压力!塑性分析SFE,ALL,1,PRES,24012ESEL,ALLSOLVEFINISH/PREP7EDELE,ALLNDELE,ALL!移除模型ET,1,SOLID45,1ET,2,SURF154,1!无中节点的轴对称3D表面效应单元CSYS,1N,1,4,-2.5!定义节点N,6,8,-2.5FILLNGEN,2,6,1,6,1,5NGEN,2,12,1,12,1,1NUMCMP,ELEMNUMSTR,ELEM,1TYPE,1MAT,1E,1,2,8,7
21、,13,14,20,19!定义单元EGEN,5,1,-1TYPE,2!创建SURF153单元，施加表面压力NSEL,S,NODE,1,7,6NSEL,A,NODE,13,19,6ESURFNSEL,ALLNROTAT,ALL!旋转所有节点到圆柱坐标系下CPDELE,1,1,1!移除节点耦合SFDELE,ALL,PRES!移除节点压力D,ALL,UY,0.0!强迫所有节点在切线方向NSEL,S,LOC,Z,1!选择Z方向为1的节点CP,1,UZ,ALL!在UZ方向耦合选择的节点来模拟普通的3D平面应变形为NSEL,S,LOC,Z,0!在UZ方向耦合Z坐标等于0的节点D,ALL,UZNSEL,AL
22、LFINISH/SOLUESEL,S,TYPE,2!选择SURF154单元施加表面压力!塑性分析载荷SFE,ALL,1,PRES,12990ESEL,ALLOUTPR,BASIC,1SOLVE finish /POST1ETABLE,STRS_R,S,XETABLE,STRS_T,S,Y*GET,SIGR_I,ELEM,1,ETAB,STRS_R*GET,SIGT_I,ELEM,1,ETAB,STRS_T*GET,SIGR_O,ELEM,5,ETAB,STRS_R*GET,SIGT_O,ELEM,5,ETAB,STRS_T LABEL(1,1) = SIGR LFT,SIGT LFT,SIGR
23、 RT_,SIGT RT_LABEL(1,2) = _END psi,_END psi,END psi ,END psi *VFILL,VALUE(1,1),DATA,-9984,18645,-468,9128*VFILL,VALUE(1,2),DATA,SIGR_I,SIGT_I,SIGR_O,SIGT_O*VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(SIGR_I/9984),ABS(SIGT_I/18645)*VFILL,VALUE(3,3),DATA,ABS(SIGR_O/468),ABS(SIGT_O/9128)SAVE,TABLE_3FINISH /solu ESEL,S,T
24、YPE,2!选择SURF154单元施加表面压力PRESSURE!塑性分析载荷SFE,ALL,1,PRES,24012ESEL,ALLSOLVEFINISH/POST1RESUME,TABLE_1/COM/OUT,vm38,vrt/COM,-VM38RESULTSCOMPARISON-/COM,/COM,|TARGET|ANSYS|RATIO/COM,/COM,FULLY ELASTIC, PLANE42 RESULTS:/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),VALUE(1,1),VALUE(1,2),VALUE(1,3)(1X,A8,A8, ,F10.0, ,F10.0, ,1F5.3)/NOPRRESUME,TABLE_3/GOPR/COM,/COM,FULLY ELASTIC, PLANE45 RESULTS:/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),VALUE(1,1),VALUE(1,2),VALUE(1,3)(1X,A8,A8,F10.0,F10.0,1F5.3)/COM,-/COM,/COM,-/COM,NOTE:THEREAREVERIFIEDRESULTSINVM38NOTCONTAINEDIN/COM,THISTABLE/COM,-/OUTFINISH*LIST,vm38,vrt
