Ansys中文帮助单元详解SURF154.docx
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Ansys中文帮助单元详解SURF154
单元详解——SURF154
最后附153,154例子help,vm38
3-D结构表面效应单元
MPMEST<><>PR<><><>PPED
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.TheoryReference的SURF154。
Figure154.1SURF154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Figure154.1:
"SURF154Geometry"。
该单元由4至8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,PrismandTetrahedralElements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(usingthematerialpropertyDAMPasamultiplieronthestiffness)或者直接使用材料特性VISC。
关于单元载荷的描述请参看NodeandElementLoads。
压力可以作为面载荷作用在如图Figure154.2:
"Pressures"中带圈标记所示的faces上。
SURF154允许复杂压力载荷。
Faces1,2,and3[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face1,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,载荷方向由单元坐标系,因此需要用到ESYS命令。
Faces1,2,and3[KEYOPT
(2)=1].压力载荷按照局部坐标系加载在单元面上。
如下图,face1沿局部坐标系X轴方向,face2沿局部坐标系Y轴方向,face3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。
Figure154.2Pressures
Face4. 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。
Face5. 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ANSYSModelingandMeshingGuide中的QuadraticElements(MidsideNodes)。
单元摘要在"SURF154InputSummary"中给出。
单元输入一般说明在ElementInput给出。
如果使用带SXGEOM参数的SURF153单元,参看ElementSupport。
SURF154输入摘要
节点
I,J,K,L当KEYOPT(4)=1
I,J,K,L,M,N,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Table154.1:
"SURF154RealConstants"
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),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--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)
--
4
EFS
地基刚度
5
SURT
表面张力
6
ADMSUA
附加的单位面积质量
7
TKI
节点I处厚度(默认为1.0)
8
TKJ
节点J处厚度(默认为TKI)
9
TKK
节点K处厚度(默认为TKI)
10
TKL
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Table154.2:
"SURF154ElementOutputDefinitions"
认为热流出单元为正。
关于解的输出的一般说明在SolutionOutput中查看参看ANSYSBasicAnalysisGuide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。
Table154.2SURF154单元输出数据定义
名称
定义
O
R
EL
元素号
Y
Y
SURFACENODES
节点-I,J,K,L
Y
Y
EXTRANODE
额外的节点(如果存在)
Y
Y
MAT
材料号
Y
Y
AREA
表面面积
Y
Y
VOLU:
体积
Y
Y
XC,YC
报告结果的位置
Y
6
VN(X,Y,Z)
到单元中心的单位法向矢量的分量(Componentsofunitvectornormaltocenterofelement)
-
Y
PRES
节点I,J,K,L处的压力P1,P2,P3,P4,P5
1
-
PZ,PX,PY
单元坐标系下节点处压力(P5使用平均单元坐标系)
-
1
DVX,DVY,DVZ
压力P5矢量方向
1
1
AVG.FACEPRESSURE
平均法向压力(P1AVG),X方向分量平均压力(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)
1
1
TEMP
表面温度T(I),T(J),T(K),T(L),T(M),T(N),T(O),T(P)
2
2
DENSITY
密度
3
3
MASS
单元质量
3
3
FOUNDATIONSTIFFNESS
地基刚度(以EFS输入)
4
4
FOUNDATIONPRESSURE
基地压力
4
4
SURFACETENSION
表面张力(以SURT输入)
5
5
当为压力载荷时
当为温度载荷时
当dens>0
当EFS>0
当SURT>0
只能在质心作为一个*GET项获得。
Table154.3:
"SURF154ItemandSequenceNumbers"列出了通过ETABLE命令利用序号途径可获得的输出。
查看ANSYSBasicAnalysisGuideandTheItemandSequenceNumberTable里的TheGeneralPostprocessor(POST1)获得更多信息。
下列符号在Table154.3:
"SURF154ItemandSequenceNumbers"中用到:
Name-在Table154.2:
"SURF154ElementOutputDefinitions"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列号
I,J,K,L-节点I,J,k,L处数据的序列号
Table154.3SURF154项和序列号
输出量名
ETABLEandESOLCommandInput
Item
E
I
J
K
L
PZ(real)
SMISC
-
1
2
3
4
PX(real)
SMISC
-
5
6
7
8
PY(real)
SMISC
-
9
10
11
12
PZ(imaginary)
SMISC
-
27
28
29
30
PX(imaginary)
SMISC
-
31
32
33
34
PY(imaginary)
SMISC
-
35
36
37
38
P1AVG(real)
SMISC
13
-
-
-
-
P2AVG(real)
SMISC
14
-
-
-
-
P3AVG(real)
SMISC
15
-
-
-
-
P4AVG(real)
SMISC
16
-
-
-
-
P5EFF(real)
SMISC
17
-
-
-
-
P1AVG(imaginary)
SMISC
39
-
-
-
-
P2AVG(imaginary)
SMISC
40
-
-
-
-
P3AVG(imaginary)
SMISC
41
-
-
-
-
P4AVG(imaginary)
SMISC
42
-
-
-
-
P5EFF(imaginary)
SMISC
43
-
-
-
-
FOUNPR
SMISC
21
-
-
-
-
AREA
NMISC
1
-
-
-
-
VNX
NMISC
2
-
-
-
-
VNY
NMISC
3
-
-
-
-
VNZ
NMISC
4
-
-
-
-
EFS
NMISC
5
-
-
-
-
SURT
NMISC
6
-
-
-
-
DENS
NMISC
7
-
-
-
-
MASS
NMISC
8
-
-
-
-
DVX
NMISC
9
-
-
-
-
DVY
NMISC
10
-
-
-
-
DVZ
NMISC
11
-
-
-
-
SURF154假设和限制
不能有0面积。
在平面内的表面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
ANSYSProfessional.
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。
ANSYSStructural.
允许的材料特性:
DENS(密度)。
153,154例子
/PREP7
/TITLE,VM38,PLASTICLOADINGOFATHICK-WALLEDCYLINDERUNDERPRESSURE
ET,1,PLANE42,,1,1
ET,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,.3
TB,BKIN,1,1!
双线性随动硬化
TBTEMP,70
TBDATA,1,30000,0!
屈服应力和0正切模数
N,1,4!
定义节点
N,6,8
FILL
NGEN,2,10,1,6,1,,1
E,11,1,2,12!
定义单元
EGEN,5,1,1
CPNGEN,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,4
ESURF
NSEL,ALL
TREF,70!
边界条件及载荷
D,1,UY,,,6
FINISH
/SOLU
ESEL,S,TYPE,,2!
选择SURF153单元施加表面压力
!
塑性分析
SFE,ALL,1,PRES,,12990
ESEL,ALL
OUTPR,BASIC,1
SOLVE
FINISH
/POST1
ETABLE,STRS_R,S,X
ETABLE,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,LABEL,CHAR,4,2
*DIM,VALUE,,4,3
LABEL(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),ABS(SIGT_O/9128)
SAVE,TABLE_1
FINISH
/SOLU
ESEL,S,TYPE,,2!
选择SURF153单元施加表面压力
!
塑性分析
SFE,ALL,1,PRES,,24012
ESEL,ALL
SOLVE
FINISH
/PREP7
EDELE,ALL
NDELE,ALL!
移除模型
ET,1,SOLID45,1
ET,2,SURF154,,,,1!
无中节点的轴对称3D表面效应单元
CSYS,1
N,1,4,-2.5!
定义节点
N,6,8,-2.5
FILL
NGEN,2,6,1,6,1,,5
NGEN,2,12,1,12,1,,,1
NUMCMP,ELEM
NUMSTR,ELEM,1
TYPE,1
MAT,1
E,1,2,8,7,13,14,20,19!
定义单元
EGEN,5,1,-1
TYPE,2!
创建SURF153单元,施加表面压力
NSEL,S,NODE,,1,7,6
NSEL,A,NODE,,13,19,6
ESURF
NSEL,ALL
NROTAT,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,UZ
NSEL,ALL
FINISH
/SOLU
ESEL,S,TYPE,,2!
选择SURF154单元施加表面压力
!
塑性分析载荷
SFE,ALL,1,PRES,,12990
ESEL,ALL
OUTPR,BASIC,1
SOLVE
finish
/POST1
ETABLE,STRS_R,S,X
ETABLE,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)='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),ABS(SIGT_O/9128)
SAVE,TABLE_3
FINISH
/solu
ESEL,S,TYPE,,2!
选择SURF154单元施加表面压力PRESSURE
!
塑性分析载荷
SFE,ALL,1,PRES,,24012
ESEL,ALL
SOLVE
FINISH
/POST1
RESUME,TABLE_1
/COM
/OUT,vm38,vrt
/COM,-------------------VM38RESULTSCOMPARISON---------------
/COM,
/COM,|TARGET|ANSYS|RATIO
/COM,
/COM,FULLYELASTIC,PLANE42RESULTS:
/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)
/NOPR
RESUME,TABLE_3
/GOPR
/COM,
/COM,FULLYELASTIC,PLANE45RESULTS:
/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,-----------------------------------------------------------
/OUT
FINISH
*LIST,vm38,vrt
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