PLANE2 单元说明

PLANE2 是一个6节点三角形单元，与 8 节点的PLANE82单元兼容。本单元具有一个二次的位移函数，可以较好地适应不规则的模型网格 (比如由不同的 CAD/CAM系统所产生的模型)。

本单元有6个节点，每个节点有 2 个自由度，分别为 x 和 y 方向的平移，既可用作平面单元 (平面应力或平面应变)，也可以用作轴对称单元。本单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、CAE，有限元分析，应力刚度、大变形以及大应变的能力。关于本单元的更多细节见 ANSYS 公司理论手册 中的 PLANE2。

图 2.1 PLANE2 单元几何

PLANE2 输入数据

在图 2.1: "PLANE2 单元几何" 中给出了 PLANE2 单元的几何形状，节点位置和坐标系。

除了节点外。单元输入数据还包括一个厚度 (仅当 KEYOPT(3) = 3 时) 以及正交异性材料特性。正交异性材料的方向与单元坐标系方向一致，单元坐标系的方向在 "坐标系" 中说明。

单元载荷在 "节点和单元载荷" 中说明。压力可以作为单元边界上的面载荷输入，如 图 2.1: "PLANE2 单元几何" 中带圆圈数字所示。正压力指向单元内部。可以输入温度和流量作为单元节点处的体载荷。节点 I 处的温度 T(I) 默认为 TUNIF。如果不给出其它节点处的温度，则默认等于 T(I)。如果给出了所有角节点的温度，CAE，有限元分析，各中间节点的温度默认为其相邻角节点温度的平均值。对于任何其它的输入方式，未给定的温度默认为 TUNIF。对于流量的输入与此类似，只是默认值用零代替了 TUNIF。

对平面问题，除了 KEYOPT(3) = 3 的情况外，本单元如有节点力，应输入每单位厚度的力值；对轴对称问题应输入整个圆周 (360°) 的力值。

通过 ISTRESS 或 ISFILE 命令可以对本单元施加初始应力。进一步的信息见 "ANSYS 基本分析指南" 中的初始应力载荷。另外，将 KEYOPT(9) 设置为 1，可以通过用户子程序 USTRESS 来读取初始应力。关于用户子程序的细节见 "ANSYS 用户程序特性指南"。

在进行几何非线性分析时，可以使用 SOLCONTROL,,,INCP 命令来包含压力的影响。在线性特征值屈曲分析中自动包括压力载荷刚度效应。如果需要非对称的压力载荷刚度效应矩阵，使用 NROPT,UNSYM 命令。

在 "PLANE2 输入汇总"中给出了本单元输入数据的一个汇总。在"单元输入"中给出了本单元输入数据的一般说明。对于轴对称问题，见 "轴对称单元"。

PLANE2 输入汇总

节点：

I, J, K, L, M, N

自由度

UX, UY

实常数

如果 KEYOPT(3) = 0, 1, 或 2 - 无

如果 KEYOPT(3) = 3 - 输入厚度 THK

材料特性

EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (或 NUXY, NUYZ, NUXZ),

ALPX, ALPY, ALPZ (或CTEX, CTEY, CTEZ或THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, DAMP

面载荷

压力 -

边 1 (J-I), 边 2 (K-J), 边 3 (L-K)

体载荷

温度 -- T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N)

流量 -- FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N)

特定求解能力

塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形、大应变、生死单元、自适应下降、初应力输入

关键选项

KEYOPT(3) – 单元行为:

0 - 平面应力

1 - 轴对称

2 - 平面应变 (Z 向应变 = 0.0)

3 - 带有厚度输入的平面应力

KEYOPT(5) - 额外应力输出

0 - 输出基本单元解

1 - 输出积分点应力

2 - 输出节点应力

KEYOPT(6) - 额外表面结果输出

0 - 输出基本单元解

3 - 同时输出各积分点处的非线性结果

4 - 对有非零压力的各边输出表面结果

KEYOPT(9) - 初应力子程序选项 (只有直接输入 KEYOPT 命令才可用)

0 - 不使用用户子程序提供初应力 (默认)

1 - 从用户子程序 USTRESS 读入初应力数据 (如何写用户子程序见 ANSYS 用户程序特性指南)

PLANE2 输出数据

与单元有关的结果输出有两种形式：

·包括在整个节点解中的节点位移。

·附加的单元输出，见表 2.1 "PLANE2 单元输出定义"。

在图 2.2 "PLANE2应力输出" 中显示了几个输出项。单元应力的方向平行于单元坐标系。对于单元中任意具有非零压力的边，可以输出表面应力；表面应力定义为平行或垂直于边界线，例如 IJ 边的表面应力定义为平行和垂直 IJ 线，对于平面问题沿 Z 轴方向，对于轴对称问题沿环向。

在 "结果输出" 中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见"ANSYS 基本分析指南"。

图 2.2 PLANE2 应力输出

单元输出定义表使用如下标记:

在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法[ETABLE, ESOL] 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。无论 O列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 "-" 表示该项不可用。

表 2.1 PLANE2 单元输出定义

注解:

1 表面解输出 (如果 KEYOPT(6) = 4 且对于非零压力边界)。

2 非线性结果, 只有在单元为非线性材料特性时才输出。

3 仅用作 *GET 命令的输出项，给出单元中心处结果。

4 当量应变使用有效泊松比：对于弹性和热问题，该值由用户给出 (MP,PRXY 命令)；对于塑性和蠕变问题，该值设为 0.5。

表 2.2 PLANE2 其它单元输出

注解

1当单元材料为非线性且 KEYOPT(6) = 3 时在各积分点处输出；

2当 KEYOPT(5) = 1时在各积分点处输出；

3当 KEYOPT(5) = 2时在各角点处输出；

表 2.3: "PLANE2 输出项和序列号" 列出了可以通过 ETABLE 命令,采用序列号方法输出的内容列表。更多信息见"ANSYS 基本分析指南" 中关于一般后处理 (POST1) 部分和本手册中关于"输出项和序列号表"部分。在表 2.3: "PLANE2 输出项和序列号" 中使用以下标记：

NAME

与表 2.1: "PLANE2 单元输出定义" 中相同定义的输出量；

ITEM

用于 ETABLE 命令的预先定义的输出项；

E

对于单值或常数型单元数据的序列号；

I,J,K,L,M,N

节点I,J,K,L,M,N 处数据的序列号；

表 2.3 PLANE2输出项和序列号

使用 ETABLE 命令的表面解的输出项和序列号见本手册中的 表面解。

PLANE2 假设和限制

·单元的面积必须大于零。

·对轴对称分析，PLANE2单元必须位于总体坐标的X-Y 平面中，Y 轴必须是对称轴，如 图 2.1 "PLANE2 单元几何" 所示；轴对称结构建模必须满足 X≥0 。

·删除一条边上的中间节点，则意味着沿该边的位移变化为线性的，而不再是抛物线的。关于使用有中间节点的单元的更多信息参见 "ANSYS 建模和分网指南"中的"二次单元 (中间节点)"。

·只有在满足单元解部分所说明的条件时，表面应力输出才是有效的。

PLANE2 产品限制

对于以下产品，本单元在上述一般假设和限制的基础上再增加一定的限制：

ANSYS Professional:

·材料的阻尼 (DAMP) 特性不能用；

·流体体载荷不能用；

·特定功能中只有应力刚度可以使用;

·KEYOPT(6) = 3 不能用。