ANSYS 中的表面效應(yīng)單元

1、ANSYS 中的表面效應(yīng)單元使用表面效應(yīng)單元施加載荷*  有時，可能需要施加所使用單元不支持的表面載荷，例如：可能需要在實體結(jié)構(gòu)單元上施加沿表面切向或任何方向的均布載荷；在熱實體單元的表面上同時施加熱流載荷和對流載荷，或者施加指定的輻射，等。在這種情況，可以用表面效應(yīng)單元覆蓋需要施加載荷的表面并使用它們作為一個管道以施加所需的載荷。*  目前可以使用的表面效應(yīng)單元：對二維問題：SURF151和SURF153；對三維問題：SURF152和SURF154。 *  怎樣施加如下的壓力荷載：  像剪切荷載一樣與表面相切的荷載？  像螺栓荷載一

2、樣在表面上變化的荷載？  像屋頂上冰載荷一樣與面成一定角度的載荷？  -  像水壓一樣的非均布壓力載荷？*  表面效應(yīng)單元為處理這些問題提供了有效的方法。 表面效應(yīng)單元的特點：*  像“皮膚”一樣覆蓋在網(wǎng)格表面*  如同面載荷的管道*  很容易創(chuàng)建，一般操作過程如下：      -   選擇感興趣表面上的節(jié)點；      -   激活恰當?shù)膯卧愋停?#16

3、0;     -   執(zhí)行 ESURF (或 Preprocessor > Create > Elements > Surf Effect > GenerlSurf > No Extra)；      -   選擇所有節(jié)點，定義 SURF 單元。  *  對 2-D 和 3-D 模型都有用:    SURF151 & 153 是線單元 (熱和結(jié)構(gòu)的)

4、，表示 2-D 模型的邊界線。    SURF152 & 154 是面單元 (熱和結(jié)構(gòu)的)，表示 3-D 模型的邊界面。*  本節(jié)只討論 SURF154，其它單元可同樣處理。                               

5、60;                   SURF154 單元，詳見參考手冊中的描述 *  SURF154 使用不同的單元面號來接受不同類型的載荷。*  面號在“Apply PRES on elems”對話框中：        Solution > Difine Loads > Apply > Pr

6、essures > On Elements，如下所示。    或在 SFE 命令的 LKEY 范圍內(nèi)：        SFE, ELEM, LKEY, PRES, , VAL1, VAL2, VAL3, VAL4                       

7、60;    *    假設(shè)給一組 SURF154 單元施加幅值為 1000 的壓力，它的方向取決于使用了單元的那一個面。其中：面 1：  法線方向的壓力。  正值作用到單元里 (沿著單元坐標 -Z 的方向)。  例如: sfe,all,1,pres,1000 (選定所要的單元之后)。                  

8、;         面 2  和 3：      切向壓力，分別沿著單元坐標 X  和 Y      例如：        sfe,eflat,3,pres,1000        sfe,eslope,2,pres,1000   

9、0;      (eflat 和 eslope 是由單元構(gòu)成的 Component)                           面 4：    *   法向壓力, 漸變壓力：   

10、        壓力數(shù)值 =  P1 +  Xg P2 + Yg P3 + Zg P4        -    P1-P4 被列入 VAL1-VAL4（SFE命令）        -    Xg,Yg, Zg 是單元積分點的笛卡爾坐標.    

11、60;   -    P2, P3, P4 分別是總體坐標中的斜率，若留空白缺省為 P1    *   正值作用到單元里 (沿單元坐標Z  的方向)。                           

12、60;   *   例如, 施加一沿 X 方向、大小從 200  到 1000  的漸變壓力，作用范圍在 X  軸上的 -2 到 +2        -   斜率 P2 = (1000-200) / 4 = 200;   P3 = 0;   P4 = 0        -   P1 是在

13、Xg=0 處的值，按 P1= 2 (200) + 200 = 600 計算        -   sfe, eflat, 4, pres, , 600, 200, 0, 0                           面 5：指定方

14、向的面載荷    *   P1 - 數(shù)值的壓力矢量。    *   方向 =        *    P2, P3, P4 - 現(xiàn)在代表矢量的方向余弦，對數(shù)值無影響。    *   例如：           sfe, eflat

15、, 5, pres, , 1000, -1, -1, 0        定義了 X-Y  面內(nèi) 45 度方向的壓力。                *   壓力矢量的幅值也依賴 KEYOPT(11)。    *   KEYOPT(11)=0  (缺省)  和 1  給單

16、元的突出面施加壓力。        -   對螺釘荷載有用(或銷釘荷載)。        -   例如：               sfe, ecurv, 5, pres, , 1000, 0, -1, 0      

17、     在曲面上定義了一個螺栓荷載。如下圖位置 1 輪廓線所示。               KEYOPT(11) = 2 對整個面施加壓力。        -   對斜面有用(如屋頂)或風載荷。        -   如： &

18、#160;           sfe, eslope, 5, pres, , 1000, 0, -1, 0          對整個斜面定義了完全相同的壓力。如下圖所示：                其他表面效應(yīng)單元的應(yīng)用：*   實體單元的扭矩

19、    -    借助修改的單元坐標系施加切向荷載。    -    對軸和螺釘問題非常適用。*   熱描述 (SURF151 & 152) 有許多內(nèi)容，包括:    -    傳輸?shù)揭痪S管道單元FLUID116 的熱量。    -    通過一個面的熱量損失的簡便計算。  

20、60; -    輻射。表面效應(yīng)單元例題 1：    -   在斜面上施加指定方向的載荷    -  創(chuàng)建有限元模型時，應(yīng)同時定義單元類型 SURF154：         然后選中 surf154 單元，設(shè)置相關(guān)的選項：     -    SURF154 單元及其單元坐標系：&

21、#160;   單元坐標系的 x  軸從節(jié)點 I  到節(jié)點 J；節(jié)點 K 與節(jié)點 I、J  一起構(gòu)成單元坐標系的 XY 平面，然后由右手定則確定 Z  軸：        -  所用的模型如下，在其中某個表面上施加壓力載荷。以下說明對單元選項的不同設(shè)置所產(chǎn)生的表面壓力：               

22、     -    使用 solid95  單元，對實體劃分網(wǎng)格。為了使用 MAP  方式劃分網(wǎng)格，先將整個體切分為 3  個六面體：                  -  設(shè)置單元長度為 20：        

23、60;   -    以  map  方式劃分網(wǎng)格：           -   以下采用不同的單元設(shè)置，對表面 6  (圖中 A6)  施加壓力載荷：                -  創(chuàng)建表面效

24、應(yīng)單元：先選擇表面 A6：              Select > Area > 點取 A6 > OK           -  然后選擇附著在這些面上的節(jié)點：        Select > Nodes > Attached to > A

25、reas,all > Apply：                        -   繪制所選擇的節(jié)點：                 -  

26、60; 由節(jié)點生成表面效應(yīng)單元，先設(shè)置單元屬性。單元類型設(shè)置為 SURF154，其余根據(jù)實際情況選擇：           -    由節(jié)點生成表面效應(yīng)單元，可以使用 Pick All 選項：         -    所生成的表面效應(yīng)單元：        &

27、#160;            1  對于 surf154  單元的不同選項，壓力方向是不一樣的。    首先將壓力坐標系設(shè)為單元坐標系，看壓力方向什么樣：     surf154 單元的單元坐標系：               

28、;     -  然后先選擇并顯示表面效應(yīng)單元，再在表面效應(yīng)單元上施加不同的壓力，在如下選擇框中點擊 Pick All ：           -  選擇不同的 Load Key，可以施加不同方向的載荷。當壓力坐標系為單元坐標系時：1 (-z)  單元表面的法線方向；2 (+x)  切線方向；3 (+y)  切線方向；4 - (-z)  法線方向，線性變化；5 指定矢量方向：&

29、#160;                                       -  壓力坐標系為單元坐標系時，不同的Load Key 對應(yīng)的載荷方向：           為了