單元的生和死

1、單元的生和死何為單元的生和死？如果模型中加入（或刪除）材料，模型中相應(yīng)的單元就存在“（或消亡）。單元生死選項(xiàng)就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。（可用的單元類型在表6-1中列出。）本選項(xiàng)主要用于鉆孔（如開礦和挖通道等），建筑物施工過程（如橋的建筑過程），順序組裝（如分層的計(jì)算機(jī)芯片組裝）和另外一些用戶可以根據(jù)單元位置來方便的激活和不激活它們的一些應(yīng)用中。單元生死功能只適用于ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural產(chǎn)品。Table6-1ElementswithbirthanddeathcapabilityLINK1SURF1

2、9SHELL41SOLID64PLANE831SHELL143PLANE2PIPE20PLANE421SOLID65SOLID87:SURF151BEAM3MASS21SHELL43PLANE67SOLID90SURF152BEAM4SURF22BEAM44LINK68SOLID92SURF153SOLID5BEAM23SOLID451SOLID69SHELL93SURF154LINK8BEAM24PLANE53SOLID70SOLID95SHELL157LINK10PLANE25BEAM541MASS71SOLID96丁ARGE169LINK11MATRIX27PLANE55SOLID72S

3、OLID97TARGE170PLANE13LINK31SHELL571SOLID73SOLID98CONTA171COMBIN14LINK32PIPE59PLANE75SHELL99CONTA172PIPE16LINK33PIPE60PLANE77PLANE121CONTA173PIPE17LINK34SOLID62PLANE78SOLID122CONTA174PIPE18PLANE35SHELL631PLANE82SOLID123在一些情況下，單元的生死狀態(tài)可以根據(jù)ANSYS勺計(jì)算數(shù)值決定，如溫度,應(yīng)力，應(yīng)變等?？梢杂肊TABLE命令（MainMenu>GeneralPostproc&

4、gt;ElementTable>DefineTable）和ESEL命令（UtilityMenu>Select>Entities）來確定選擇的單元的相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以改變單元的狀態(tài)（溶和，固結(jié)，俘獲等）。本過程對(duì)于由相變引起的模型效應(yīng)（如焊接過程中原不生效的熔融材料變?yōu)樯У哪Ｐ腕w的一部分），失效擴(kuò)展和另外一些分析過程中的單元變化是有效的。單元生死是如何工作的？要激活單元死”的效果，ANSY鄰序并不是將殺死”的單元從模型中刪除，而是將其剛度（或傳導(dǎo)，或其他分析特性）矩陣乘以一個(gè)很小的因子ESTIFo因子缺省值為1.0E-6,可以賦為其他數(shù)值（詳見施加載荷并求解”一章）。死單元的單

5、元載荷將為0,從而不對(duì)載荷向量生效（但仍然在單元載荷的列表中出現(xiàn)）。同樣，死單元的質(zhì)量，阻尼，比熱和其他類似效果也設(shè)為0值。死單元的質(zhì)量和能量將不包括在模型求解結(jié)果中。單元的應(yīng)變?cè)跉⑺馈钡耐瑫r(shí)也將設(shè)為00與上面的過程相似，如果單元出生”，并不是將其加到模型中，而是重新激活它們。用戶必須在PREP7中生成所有單元，包括后面要被激活的單元。在求解器中不能生成新的單元。要加入”一個(gè)單元，先殺死它，然后在合適的載荷步中重新激活它。當(dāng)一個(gè)單元被重新激活時(shí)，其剛度，質(zhì)量，單元載荷等將恢復(fù)其原始的數(shù)值。重新激活的單元沒有應(yīng)變記錄（也無熱量存儲(chǔ)等）。但是，初應(yīng)變以實(shí)參形式輸入（如LINK1單元）的不為單元生死

6、選項(xiàng)所影響。而且，除非是打開了大6-1變形選項(xiàng)NLGEOMQNL些單元類型將以它們以前的幾何特性恢復(fù)（大變形效果有時(shí)用來得到合理的結(jié)果）。單元在被激活后第一個(gè)求解過程中同樣可以有熱應(yīng)變（等于a*（T-TREF）,如果其承受熱量體載荷。如何使用單元生死特性可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本過程與相應(yīng)的分析過程是一致的。對(duì)于其他分析來說，這一過程主要包括以下三步：建模施加載荷并求解查看結(jié)果修改基本分析步驟如下以包括單元生死特征：建模：在PREP汁，生成所有單元，包括那些只有在以后載荷步中才激活的單元。在PREP為卜不能生成新的單元。施加載荷并求解：在SOLUTIO版完成以下操作

7、：定義第一個(gè)載荷步：在第一個(gè)載荷步中，用戶必須選擇分析類型和所有的分析選項(xiàng)。用下列方法指定分析類型：Command:ANTYPEGUI:MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis在結(jié)構(gòu)分析中，大變形效果應(yīng)打開。用下列命令設(shè)置該選項(xiàng)：Command:NLGEOM,ONGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions對(duì)于所有單元生死應(yīng)用，在第一個(gè)載荷步中應(yīng)設(shè)置牛頓-拉夫森選項(xiàng)，因?yàn)槌绦虿荒茴A(yù)知EKILL命令出現(xiàn)在后面的載荷步中。用下列命令完成該操作：Command:NROPTGUI:MainMenu>

8、;Solution>AnalysisOptions殺死EKILL所有要加入到后續(xù)載荷步中的單元，用下列命令：Command:EKILLGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Other>KillElements單元在載荷步的第一個(gè)子步被殺死（或激活），然后在整個(gè)載荷步中保持該狀態(tài)。要注意保證使用缺省的矩陣縮減因子不會(huì)引起一些問題。有些情況下要考慮用嚴(yán)格的縮減因子。用下列方法指定縮減因子數(shù)值：Command:ESTIFGUI:MainMenu>Solution>Other>StiffnessMult不與任何激活的單元相連的

9、結(jié)點(diǎn)將漂移”，或具有浮動(dòng)的自由度數(shù)值。在一些情況下，用戶可能想約束不被激活的自由度D,CP等以減少要求解的方程的數(shù)目，并防止出現(xiàn)位置錯(cuò)誤。約束非激活自由度，在重新激活的單元要有特定的（或溫度等）時(shí)很有影響，因?yàn)樵谥匦录せ顔卧獣r(shí)要?jiǎng)h除這些人為的約束。同時(shí)要?jiǎng)h除非激活自由度的結(jié)點(diǎn)載荷（也就是不與任意激活的單元相連的結(jié)點(diǎn)）。同樣，用戶必須在重新激活在自由度上施加新的結(jié)點(diǎn)載荷。6-2下面是第一個(gè)載荷步中命令輸入示例：!第一個(gè)載荷步TIME,.!設(shè)定時(shí)間值（靜力分析選項(xiàng)）NLGEOM,ON!打開大位移效果NROPT,FULL!設(shè)定牛頓拉夫森選項(xiàng)ESTIF,.!設(shè)定非缺省縮減因子（可選）ESEL,.!選擇

10、在本載荷步中將不激活的單元EKILL,.!不激活選擇的單元ESEL,S,LIVE!選擇所有活動(dòng)單元NSLE,S!選擇所有活動(dòng)結(jié)點(diǎn)NSEL,INVE!選擇所有非活動(dòng)結(jié)點(diǎn)（不與活動(dòng)單元相連的結(jié)點(diǎn)）D,ALL,ALL,0!約束所有不活動(dòng)的結(jié)點(diǎn)自由度（可選）NSEL,ALL!選擇所有結(jié)點(diǎn)ESEL,ALL!選擇所有單元D,.!施加合適的約束F,.!施加合適的活動(dòng)結(jié)點(diǎn)自由度載荷SF,.!施加合適的單元載荷BF,.!施加合適的體載荷SAVESOLVE請(qǐng)參閱TIME,NLGEOM,NROPT,ESTIF,ESEL,EKILL,NSLE,NSEL,D,F,SFBF命令得到更詳細(xì)的解釋。后繼載荷步在后繼載荷步中，

11、用戶可以隨意殺死或重新激活單元。象上面提到的，要正確的施加和刪除約束和結(jié)點(diǎn)載荷。用下列命令殺死單元：Command:EKILLGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Other>KillElements用下列命令重新激活單元：Command:EALIVEGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Other>ActivateElem!第二個(gè)（或后繼）載荷步：TIME,.ESEL,.EKILL,.!殺死選擇的單元ESEL,.EALIVE,.!重新激活選擇的單元.FDELE,.!刪除不活動(dòng)自由度的結(jié)點(diǎn)載

12、荷D,.!約束不活動(dòng)自由度.F,.!在活動(dòng)自由度上施加合適的結(jié)點(diǎn)載荷6-3DDELE,.!刪除重新激活的自由度上的約束SAVESOLVE請(qǐng)參閱TIME,ESEL,EKILL,EALIVE,FDELE,D,F和DDEL瑜令得至U更詳細(xì)的解釋。查看結(jié)果對(duì)于大多數(shù)部分來說，用戶在對(duì)包含不激活或重新激活的單元操作時(shí)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)的過程來做。但是必須清楚的是，殺死”的單元仍在模型中，盡管對(duì)剛度（傳導(dǎo)）矩陣的貢獻(xiàn)可以忽略。因此，它們將包括在單元顯示，輸出列表等操作中。例如，不激活的單元在結(jié)點(diǎn)結(jié)果平均（PLNSOL#令或MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>

13、NodalSolu）時(shí)將污染”結(jié)果。整個(gè)不激活單元的輸出應(yīng)當(dāng)被忽略，因?yàn)楹芏囗?xiàng)帶來的效果都很小。建議在單元顯示和其他后處理操作前用選擇功能將不激活的單元選出選擇集。使用ANSYS吉果控制單元生死在許多時(shí)候，用戶并不清楚的知道殺死和重新激活單元的確切位置。例如，用戶要在熱分析中殺死”熔融的單元（在模型中移去溶化的材料），事先不會(huì)知道這些單元的位置；用戶必須根據(jù)ANSYS+算出的溫度確定這些單元。當(dāng)決定殺死或重新激活單元依靠ANSYS+算結(jié)果時(shí)（如溫度，應(yīng)力，應(yīng)變等），用戶可以使用命令識(shí)別并選擇關(guān)鍵單元。用下列方法識(shí)別關(guān)鍵單元：Command:ETABLEGUI:MainMenu>Gener

14、alPostproc>ElementTable>DefineTable用下列方法選擇關(guān)鍵單元：Command:ESELGUI:UtilityMenu>Select>Entities然后用戶可以殺死或重新激活選擇的單元。（也可以用ANSYSAPD語(yǔ)言編寫宏以完成這些操作。）用下列方法殺死選擇的單元：Command:EKILL,ALLGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Other>KillElements用下列方法重新激活選擇的單元：Command:EALIVE,ALLGUI:MainMenu>Solution&g

15、t;-LoadStepOpts-Other>ActivateElem下面的例子是殺死總應(yīng)變超過許用值的單元：/SOLU!進(jìn)入求解器.!標(biāo)準(zhǔn)的求解過程SOLVEFINISH!/POST1!進(jìn)入POST1SET,.6-4ETABLE,STRAIN,EPTO,EQV冬總應(yīng)變存入ETABLEESEL,S,ETAB,STRAIN,0.20!選擇所有總應(yīng)變大于或等于0.20的單元FINISH!/SOLU!重新進(jìn)入求解器ANTYPE,RESTEKILL,ALL!殺死選擇（超過允許值）的單元ESEL,ALL!讀入所有單元.!繼續(xù)求解請(qǐng)參閱ETABLE,ESEL,ANTYPEEKILL命令得至IJ更詳細(xì)的

16、解釋。進(jìn)一步的說明不活動(dòng)的自由度上不能施加約束方程CE,CEINTF等。（不活動(dòng)的自由度當(dāng)結(jié)點(diǎn)不與活動(dòng)的單元相連時(shí)出現(xiàn)）。可以通過先殺死然后重新激活單元的方法做應(yīng)力松弛（如退火）操作。在非線性分析中，注意不要因?yàn)闅⑺阑蛑匦录せ顔卧鹌娈愋裕ㄈ缃Y(jié)構(gòu)分析中的尖角）或剛度突變。這將使得收斂困難。在有單元生死的分析中打開FULL牛頓-拉夫森方法的適應(yīng)下降選項(xiàng)將得到好的結(jié)果。用下列方法：Command:NROPT,FULL,ONGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions可以通過一個(gè)參數(shù)值來指示單元生死狀態(tài)*GET,Par,ELEM,n,ATTR,LIVE（U

17、tilityMenu>Parameters>GetScalarData）。該參數(shù)可以用于APDLL輯分支（*IF等），或其他要控制單元生死的應(yīng)用場(chǎng)合中。用戶可能想通過改變材料特性來殺死或重新激活單元MPCHG（MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>ChangeMatNum）但是，在這個(gè)過程中要特別小心。軟件保護(hù)系統(tǒng)和限制使得殺死”的單元在求解器中改變材料特性時(shí)將不生效。（單元集中載荷不能自動(dòng)刪除；應(yīng)變，質(zhì)量，比熱等也不能刪除。）不當(dāng)?shù)氖褂肕PCHG令將帶來許多問題。例如，如果將單元的剛度縮減到近于0,而保留其質(zhì)量，在有加速度和慣性

18、載荷的問題中將產(chǎn)生奇異性。一個(gè)MPCHGJ應(yīng)用是在建立模型時(shí)涉及出生”單元的應(yīng)變歷程的情況下。使用MPCHGT以得到單元在變形的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造中的初始應(yīng)變。在單元生死中不能用多載荷步求解LSWRITE,因?yàn)椴患せ罨蛑匦录せ畹膯卧獱顟B(tài)將不寫入載荷步文件中。有多個(gè)載荷步的生死單元分析應(yīng)該用一系列的SOLV命令（MainMenu>Solution>CurrentLS）來做。單元生死應(yīng)用實(shí)例（命令行格式）問題描述等截面桿兩端固定，承受均勻的溫度載荷時(shí)將其中間1/3段移去。過程是將其應(yīng)變自由化并移去均勻溫度。分析其熱應(yīng)力和應(yīng)變情況。材料特性和幾何模型參數(shù)見下圖。6-5MaterialpropertiesE=30x1gpsja=0.0D005in/in-TGeometricPropertiesL=10in