SOLID45单元说明

solid45单元用于构造三维实体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.

单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变能力。有用于沙漏控制的缩减积分选项。有关该单元的细节参看 ANSYS, 理论参考中的SOLID45部分。类似的单元有适用于各向异性材料的solid64单元。Solid45单元的更高阶单元是solid95。

图 45.1 SOLID45几何描述

SOLID45输入数据

该单元的几何形状、结点位置、坐标系如图45.1: "SOLID45 几何描述"所示。该单元可定义8个结点和正交各向异性材料。正交各向异性材料方向对应于单元坐标方向。单元坐标系方向参见坐标系部分。

单元荷载参见结点和单元荷载部分。压力可以作为表面荷载施加在单元各个表面上，如图45.1: "SOLID45 几何描述"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)。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。

KEYOPT(1)用于指定包括或不包括附加的位移形函数。KEYOPT(5)和KEYOPT(6)提供不同的单元输出选项（参见单元输出部分）。

当KEYOPT(2)=1时，该单元也支持用于沙漏控制的均匀缩减（1点）积分。均匀缩减积分在进行非线性分析时有如下好处：

· 相对于完全积分选项而言，单元刚度集成和应力（应变）计算需要更少的CPU时间，而仍能获得足够精确的结果。

· 当单元数量相同时，单元历史存储记录（.ESAV 和 .OSAV）的长度约为完全积分（2×2×2）的1/7。

· 非线性分析的收敛性通常远比采用额外位移形状的完全积分要好；即，KEYOPT(1) = 0, KEYOPT(2) = 0。

· 分析结果不会受（由塑性或其它不可压缩材性引起的）体积锁死的影响。

采用均匀缩减积分有以下缺点：

· 当采用相同网格进行弹性分析时，结果显然不如完全积分方法精确。

· 采用单层单元时不能很好的得到结构的弯曲特性（例如，一根悬臂梁，受横向集中力，采用单层单元）。建议采用4层单元。

当采用均匀缩减积分选项时（KEYOPT(2) = 1 – 这和 SOLID185 用 KEYOPT(2) = 1是一样的），应对总能量 (ETABLE 命令，SENE 标识符)和沙漏造成的伪能量 (ETABLE 命令，AENE 标识符) 进行比较以检查结果的精度。如果沙漏能与总能量之比小于 5%，结果一般是可以接受的。如果该比值超过5%，则需细化网格。也可以在求解阶段用 OUTPR,VENG 命令控制总能量和沙漏能。更多说明见 ANSYS 理论手册。

可用ISTRESS 或者 ISFILE 命令给单元施加初始应力状态。更多信息参见ANSYS基础分析纸指南中的施加初始应力部分。你也可以用KEYOPT(9) = 1来从用户子程序中读取初应力USTRESS。关于用户子程序的细节，参见《ANSYS UPF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。

该单元的输入概要参见 "SOLID45 输入数据摘要". 单元输入数据的一般性描述参见单元输入部分。

SOLID45单元输入数据摘要

节点

I，J，K，L，M，N，O，P

自由度

UX，UY，UZ

实常数

HGSTF－沙漏控制因子，仅当KEYOPT(2) = 1时需要设置。

注：

有效值为任意正数，默认为1.0。建议值为1到10之间。

材料参数

EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (或 NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ (或 CTEX, CTEY, CTEZ or THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP

表面载荷

压力—

表面1（J-I-L-K），表面2（I-J-N-M），表面3（J-K-O-N），表面4（K-L-P-O）,表面5（L-I-M-P），表面6（M-N-O-P）

体载荷

温度—

T（I），T（J），T（K），T（L），T（M），T（N），T（O），T（P）；

流量—

FL（I），FL（J），FL（K），FL（L），FL（M），FL（N），FL（O）FL（P）

特殊功能

塑性

蠕变

膨胀

应力刚化

大变形

大应变

单元死活

自适应下降

初始应力输入

KEYOPT (1)

0 —包括附加的位移形函数

1 —不包括附加的位移形函数

KEYOPT (2)

积分选项

0 —依据KEYOPT(1)带或者不带附加位移形函数，执行完全积分

1 —带砂漏控制的均匀缩减积分,不带附加的位移形函数(KEYOPT(1)自动设置为1)

KEYOPT(4)

单元坐标系

0—单元坐标系平行于整体坐标系

1—单元坐标系基于单元I－J边

KEYOPT(5)

额外单元输出

0 ——基本单元解

1 ——在所有积分点上重复基本解

2——节点应力解

KEYOPT(6)

额外表面输出

0—基本单元解

1—附带表面I-J-N-M的表面解

2—表面I-J-N-M和表面K-L-P-O的表面解(表面解只对线性材料可用)

3—附带每个积分点的非线性解

4—非零压力表面的表面解

KEYOPT(9)

初始应力子程序选项（仅适用于直接用KEYOPT命令输入时）

0—没有用户子程序提供初应力(默认)

1—从用户子程序USTRESS中读入初始应力数据(有关用户子程序参见《ANSYS UPF指南》)

SOLID45输出数据

与单元结果相联系的结果输出主要有两种方式：

l 节点位移和所有节点结果。

l 附加的单元输出，如表45.1: "SOLID45 单元输出定义"所示。

图 45.2: "SOLID45应力输出"显示了几项结果。单元应力方向平行于单元坐标系。表面应力输出在表面坐标系上，各面上的结果都可得到（KEYOPT(6)）。面IJNM和KLPO的坐标系如图45.1: "SOLID45几何描述"所示。其他的表面坐标系遵从类似的定位，即由受压面结点关系确定。表面应力输出仅当满足单元输出的条件时可用。一般性的描述参见结果输出。关于如何查看结果，参见ANSYS 基础分析指南。

图45.2: "SOLID45应力输出"

(这里显示的应力方向相应于 KEYOPT(4) = 0)

当KEYOPT(2)=1（单元采用均匀缩减积分），单元积分点上所有的输出和完全积分方法的输出形式相同。为保证输出的一致性，在相同单元类型中完全积分方法的点号。

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，一个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45.1 SOLID45单元的结果输出定义

1 仅当单元具有非线性材料时，有非线性解输出。

2 表面输出(如果KEYPOINT(6)是1、2或者4) 。

3 用*GET可以获得质心位置的结果.。

4等效应变用一个等效泊松比来计算：对于弹性和热问题，这个值由(MP,PRXY)输入；对于塑性和蠕变问题，这个值取0.5

表45.2 SOLID45综合单元输出

1. 若单元有非线性材料且KEYOPT(6)=3，在8个积分点处输出结果。

2. 若KEYOPT(5)=1，在每个积分点输出结果。

3. 若KEYOPT(5)=2，在每个结点输出结果。

表 45.3 "SOLID45 输出项和序列号" 列出了可以通过 ETABLE 命令，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 一般后处理 (POST1) 部分和本手册中 "输出项和序列号表" 部分。在 表 45.3 "SOLID45 输出项和序列号" 中使用如下标识符：

Name

与表 45.1: "SOLID45 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；