ANSYS支持三种接触方式,即点对点、点对面和面对面的接触,接触单元是覆盖在模型单元的接触面之上的一层单元。点点单元用于模拟点对点的接触行为,且预先知道接触位置;点面单元用于模拟点对面的接触行为,预先不要确定接触位置,接触面之间的网格不要求一致;面面单元用于模拟面对面的接触行为,支持低阶和高阶单元,支持大变形行为等。
矩阵单元
MATRIX27为刚度、阻尼、质量矩阵单元,可表示一种任意的单元。本单元具有两个节点,此两个节点可重合或不重合,每个节点有6个自由度,即Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz。该单元无面荷载和体荷载,但支持单元生死功能。其矩阵可为对称或不对称形式,通过Keyopt(3)设置为刚度矩阵、或阻尼矩阵、或质量矩阵。本单元可模拟任意类型的单元,如可模拟特殊弹簧和节点柔性连接等。
MATRIX50为超单元,它是预先装配好的可独立使用的一组单元。该单元无节点和实常数,其自由度数目由所包含的单元决定,其面荷载和体荷载可通过总的载荷向量和比例系数施加,该单元支持大变形功能。该单元不能包含基于拉格朗日乘子的单元(如MPC184等),不支持非线性(忽略所包含的单元非线性)。超单元可包含其它超单元,2D超单元只能用于二维分析,而3D超单元则只能用于三维分析。
表面效应单元
SURF153和SURF154分别为2D和3D结构表面效应单元,可用于各种荷载(法向、切向、法向渐变、输入矢量方向等)及表面效应(基础刚度、表面张力及附加质量等)情况,可覆盖于任何二维(轴对称谐结构单元PLANE25/83除外)和三维结构实体单元表面。
预紧、多点约束、网分单元
(1)PRETS179为2D/3D预紧单元,用于定义网分后的二维或三维结构预紧区,可由任意结构单元(杆、梁、管、壳、2D实体和3D实体)建立。该单元具有3个节点,每个节点具有一个自由度Ux,该Ux为预紧方向的位移,ANSYS通过几何条件将预紧力施加到指定的预紧荷载方向上,而不必考虑模型是如何定义的。该单元不支持面荷载和体荷载,仅支持非线性特性;不能使用约束方程和自由度耦合,NROTAT命令不能用于节点K,且K节点必须位于整体直角坐标系。
(2)MPC184为多点约束单元,有刚性杆、刚性梁、滑移、球形、销钉、万向接头的约束,适用于使用拉格朗日乘子的具有运动约束时情况,该单元可用于机构运动学,如起重机、挖掘机、汽车、机床和机器人等。该单元有2个或3个节点,每个节点具有Ux、Uy(2D)或Ux、Uy、Uz(3D) 或Ux、Uy、Uz、Rotx、Roty、Rotz(3D)自由度。无实常数和面荷载,支持温度荷载及转动或转动力矩,支持大变形和单元生死。
⑶MESH200是仅用来划分网格的单元,对计算结果毫无影响。它是为实现多步网格划分的操作而设计的。该单元可用于划分两维或三维空间的线,三维空间中的三角形、四边形、四面体或六面体单元组成的面或体,且均包括有或没有中间节点的情况。MESH200单元可与任意其它单元一起使用,当不再需要它时,可以将其删除或保留
坐标系和工作平面
6类坐标系:总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、单元坐标系、显示坐标系与结果坐标系。
激活总体和局部坐标系
命令:CSYS,KCN
其中KCN表示坐标系号码,0-直角坐标系(缺省),1-柱坐标系,2-球坐标系,4-以工作平面为坐标系,5-柱坐标系(以Y轴为转轴),≥11-局部坐标系。
由于工作平面可不断移动和旋转,因此当采用CSYS,4时也相当于不断定义了局部直角坐标,在很多情况下应用非常方便。
根据总体坐标系定义局部坐标系
命令:LOCAL, KCN, KCS, XC, YC, ZC, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR2
其中:KCN---局部坐标系编号,此编号必须大于10,如果与既有编号相同,则将重新定义
KCS---坐标系类型,0或CART为直角坐标系,1或CYLIN为柱坐标系,2或SPHE为球坐标系,3或TORO为环坐标系。 XC,YC,ZC---新坐标系原点在总体直角坐标系中的坐标。
THXY,THYZ,THZX---新坐标系绕Z,X,Y轴的旋转角度,其正方向为:XY,YZ,ZX。
PAR1---适用于椭圆、类似球体或环形系统,当KCS=1或2时,其值为椭圆Y轴半径与X轴半径之比,缺省为1即圆。当KCS=3时,其值为环面的主半径。
PAR2---仅适用于类似球体的系统,当KCS=2时,其值为椭球体Z轴半径与X轴半径之比,缺省为1 根据已有的三个节点定义局部坐标系命令:CS, KCN, KCS, NORIG, NXAX, NXYPL, PAR1, PAR2
根据已有的三个关键点定义局部坐标系命令:CSKP, KCN, KCS, PORIG, PXAXS, PXYPL, PAR1, PAR2 根据当前工作平面定义局部坐标系命令:CSWPLA, KCN, KCS, PAR1, PAR2
根据激活的坐标系定义局部坐标系命令:CLOCAL, KCN, KCS, XL, YL, ZL, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR2 删除局部坐标系命令:CSDELE, KCN1, KCN2, KCINC
其中:KCN1---为要删除的局部坐标系的起始编号,如果KCN1=ALL,则其后参数将忽略。 KCN2---为要删除的局部坐标系的最终编号。 KCINC---为编号的递增数值,缺省为1。
CSDELE,11,15,2---则删除了11、13、15号局部坐标系。
查看激活坐标系和局部坐标系命令:CSLIST, KCN1, KCN2, KCINC
节点坐标系的旋转与修改
将某些节点的坐标系旋转到与当前激活坐标系(简称“当前坐标系”)方向一致 命令:NROTAT, NODE1, NODE2, NINC 其中NODE1、NODE2、NINC ---要旋转节点的起始号、末编号(缺省为NODE1)及递增值(缺省值为1)。如NODE1=ALL则其后参数将被忽略,NODE1也可为元件名。
将既有节点的节点坐标系旋转某个角度命令:NMODIF, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZX NODE---节点号、ALL或元件名称。
X, Y, Z---该节点的新坐标值。其余参数意义同前。
在创建节点时直接定义其坐标系的旋转角度命令:N, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZX 按方向余弦旋转节点坐标系命令:NANG, NODE, X1, X2, X3, Y1, Y2, Y3, Z1, Z2, Z3 节点坐标系列表命令:NLIST, NODE1, NODE2, NINC, Lcoord, SORT1, SORT2, SORT3 Lcoord---坐标列表信息,缺省为全部信息,=COORD时仅列XYZ坐标。 SORT1---用于排序的第1项内容,可以是 NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THXZ。
SORT2,SORT3---用于排序的第2项和第3项内容,其内容同SORT1。
单元坐标系的定义与修改
设置单元坐标系命令:ESYS,KCN
其中KCN为坐标系编号,KCN=0(缺省)表示使用单元定义时规定的坐标系方向。当KCN=N(N>10)时使用编号为N的局部坐标系。
修改单元坐标系方向命令:EMODIF, IEL, STLOC, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8 IEL---单元编号,或ALL,或元件名。
STLOC---将要修改的第一个节点序号或属性,属性之一为ESYS,则I1为局部坐标号。
激活显示坐标系
命令:DSYS,KCN其中KCN---坐标系号,可为0,1,2及局部坐标系号。缺省为总体直角坐标系。
激活结果坐标系
命令:RSYS,KCN
其中KCN---坐标系号,可为0(缺省),1,2及局部坐标系号。
当KCN=SOLU时,则与求解计算时采用的坐标系相同,实际上采用数据存储时的坐标系。
定义工作平面
将既有坐标系的XY平面定义为工作平面命令:WPCSYS,WN,KCN
其中KCN为既有坐标系号,可以是0,1,2,或局部坐标系号。缺省为激活的坐标系。 通过3个坐标点定义工作平面
命令:WPLANE,WN,XORIG,YORIG,ZORIG,XXAX,YXAX,ZXAX,XPLAN,YPLAN,ZPLAN 通过3个节点定义工作平面命令:NWPLAN, WN, NORIG, NXAX, NPLAN 通过3个关键点定义工作平面命令:KWPLAN, WN, KORIG, KXAX, KPLAN 通过垂直于线上的某个位置定义工作平面命令:LWPLAN, WN, NL1, RATIO
工作平面的操控
工作平面的当前状态
查看当前状态的命令:WPSTYL,STAT
恢复到ANSYS默认状态的命令:WPSTYL,DEFA
移动工作平面
将工作平面沿其自身坐标轴移动命令:WPOFFS, XOFF, YOFF, ZOFF
其中XOFF, YOFF, ZOFF为工作平面坐标系内沿其X轴、Y轴和Z轴的偏移增量。
将工作平面移动到一组关键点的中间位置命令:KWPAVE, P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9 其中P1~P9为计算平均值的关键点号,至少定义一个关键点
将工作平面移动到一组节点的中间位置命令:NWPAVE, N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9 其使用方法同上,但N1~N9为节点号。
将工作平面移动到一组指定坐标的中间位置命令:WPAVE, X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2, X3, Y3, Z3
工作平面的旋转
命令:WPROTA, THXY, THYZ, THZX
其中THXY, THYZ, THZX为绕工作平面坐标系Z轴、X轴和Y轴的旋转角度
工作平面的显示样式
工作平面的显示和样式主要用于GUI方式,以方便拾取操作,对于命令流方式意义不大。WPSTYL,SNAP,GRSPAC,GRMIN,GRMAX,WPTOL,WPCTYP,GRTYPE,WPVIS, SNAPANG
创建关键点
在给定坐标点创建关键点命令:K, NPT, X, Y, Z
NPT---关键点的编号,缺省时(0或空)自动指定为可用的最小编号。
X,Y,Z---在当前坐标系中的坐标值,当前坐标系可以是CSYS指定的坐标系。
在两关键点之间创建一个关键点命令:KBETW, KP1, KP2, KPNEW, TYPE, VALUE KP1,KP2---第1个和第2个关键点号。
KPNEW---指定创建的关键点号,缺省时系统自动指定为可用的最小编号。 TYPE---创建关键点的方式,当TYPE=RATIO时(缺省),VALUE为两关键点距离的比值,即:(KP1-KPNEW)/(KP1-KP2)。当TYPE=DIST时,VALUE为KP1到KPNEW之间的距离,且仅限于直角坐标系。 VALUE---由TYPE决定的新关键点位置参数,缺省为0.5。如果 TYPE=RATIO,则VALUE为比率,若小于0或大于1,则在两个关键点的外延线上创建一个新关键点。如果TYPE=DIST,
则VALUE为距离值,若小于0或大于KP1与KP2之间的距离,也在外延线上创建一个新关键点。 在两关键点之间创建多个关键点命令:KFILL, NP1, NP2, NFILL, NSTRT, NINC, SPACE NP1,NP2---两个既有关键点号.
NFILL---在NP1和NP2之间将要创建的关键点个数,缺省为|NP2-NP1|-1。
NSTRT---指定创建的第一个关键点号,缺省为NP1+NINC。此号最好指定,以防覆盖。 NINC---将要创建的关键点编号增量,其值可正可负,缺省为(NP2-NP1)/(NFILL+1)。
SPACE---间隔比,即创建关键点后,最后一个间隔与第一间隔之比。缺省为1.0,即等间隔。 与KBETW相同,新创建关键点位置与当前坐标相关
复制创建关键点命令:KGEN, ITIME, NP1, NP2, NINC, DX, DY, DZ, KINC, NOELEM, IMOVE ITIME---复制次数,缺省为2。
NP1,NP2,NINC---按增量NINC从NP1到NP2定义关键点的范围(缺省为NP1),NINC缺省为1。NP1也可为ALL或元件名,此时NP2和NINC将被忽略。
DX,DY,DZ---在当前坐标系中,关键点坐标的偏移量。对于柱坐标系为--,Dθ,DZ;对于球坐标系为--, Dθ,--,其中--表示不可操作。
KINC---要创建的关键点编号增量,缺省时由系统自动指定.
NOELEM---是否创建单元和节点控制参数。NOELEM=0(缺省)如果存在单元和节点则生成;NOELEM=1不生成单元和节点。
IMOVE---关键点是否被移动或重新创建。IMOVE=0(缺省)原来的关键点不动,重新创建新的关键点;当IMOVE=1不创建新关键点,原来的关键点移动到新位置,此时编号不变(即ITIME、KINC和NOELEM均无效)单元和节点一并移动
镜像创建关键点命令:KSYMM, Ncomp, NP1, NP2, NINC, KINC, NOELEM, IMOVE Ncomp---对称控制参数,Ncomp=x,关于X(或R)轴对称(缺省); Ncomp=y,关于Y(或θ)轴对称; Ncomp=z,关于Z(或Φ)轴对称。
可通过定义工作平面移动后,利用CSYS,4设定当前坐标系,则当前坐标系原点位置与工作平面相同,在利用镜像时其几何位置也发生相应变化。当然也可通过局部坐标系对称。
列表显示关键点信息命令:KLIST, NP1, NP2, NINC, Lab
其中NP1,NP2,NINC参数意义同命令KGEN中。Lab为列表信息控制参数,
Lab=0或空则列出全部信息;Lab=COORD则仅列出坐标值;Lab=HPT则仅列出硬点信息。例如: klist !列出所选择的关键点的所有信息。
klist,,,,coord !列出所选择的关键点的坐标。
屏幕上显示关键点命令:KPLOT, NP1, NP2, NINC, Lab
其中Lab为关键点或硬点控制参数。Lab=0或空,则显示所有关键点; Lab=HPT则仅显示硬点。其余参数意义同KGEN命令中的说明。例如: kplot !显示所选择的关键点。
kplot,,,,hpt !显示所选择的硬点。
删除关键点命令:KDELE, NP1, NP2, NINC其参数意义同KGEN中的参数意义。 选择关键点命令:KSEL, Type, Item, Comp, VMIN, VMAX, VINC, KABS Type---选择类型标识。其值可取:
S---从所有关键点中(全集)选择一组新的关键点子集为当前子集。(第一次选) R---从当前子集中再选择一组关键点,形成新的当前子集。(交集) A---从全集中另外选择一组关键点子集添加到当前子集中。(合集) U---从当前子集中去掉一组关键点子集。
ALL---重新选择当前子集为所有关键点,即全集。 NONE---不选择任何关键点,当前子集为空集。
INVE---选择与当前子集相反的部分,形成新的当前子集。 STAT---显示当前子集状态。
Item---选择数据标识,仅适用于Type=S,R,A,U。缺省为KP,可选择的有: