单元生死法

何为单元的生和死? 生死单元法与分布建模法的区别在于:生死单元法可以记录前一施工步结构的变形状态,内力,位移,并可将前一施工步中的变形、内力应用于后一施工步;而分布建模法就相当于将结构的每一施工步都从头开始搭建,不能记录前一步的变形,与实际情况不相符合。 如果模型中加入(或删除) 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ,模型中相应的单元就“存在”(或消亡)。单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元。(可用的单元类型在表6-1中列出。)本选项主要用于钻孔(如开矿和挖通道等),建筑物施工过程(如桥的建筑过程),顺序组装(如分层的计算机芯片组装)和另外一些用户可以根据单元位置来方便的激活和不激活它们的一些应用中。单元生死功能只适用于AN SYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural产品。Table 6-1 Elements with birth and death capability LINK1 SURF19 SHELL41 SOLID64 PLANE83 SHELL1 43 PLANE2 PIPE20 PLANE42 SOLID65 SOLID87 SURF1 51 BEAM3 MASS21 SHELL43 PLANE67 SOLID90 SURF 152 BEAM4 SURF22 BEAM44 LINK68 SOLID92 SURF153 SOLID5 BEAM23 SOLID45 SOLID69 SHELL93 SURF 154 LINK8 BEAM24 PLANE53 SOLID70 SOLID95 SHELL1 57 LINK10 PLANE25 BEAM54 MASS71 SOLID96 TARGE 169 LINK11 MATRIX27 PLANE55 SOLID72 SOLID97 TAR GE170 PLANE13 LINK31 SHELL57 SOLID73 SOLID98 CONT A171 COMBIN14 LINK32 PIPE59 PLANE75 SHELL99 CONT A172 PIPE16 LINK33 PIPE60 PLANE77 PLANE121 CONTA 173 PIPE17 LINK34 SOLID62 PLANE78 SOLID122 CONT A174 PIPE18 PLANE35 SHELL63 PLANE82 SOLID123 在一些情况下,单元的生死状态可以根据ANSYS的计算数值决定,如温度,应力,应变等。可以用ETABLE命令(Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table)和ESEL命令(Utility Menu>Select>Entities)来确定选择的单元的相关数据,也可以改变单元的状态(溶和,固结,俘获等)。本过程对于由相变引起的模型效应(如焊接过程中原不生效的熔融材料变为生效的模型体的一部 分),失效扩展和另外一些 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 过程中的单元变化是有效的。 单元生死是如何工作的? 要激活“单元死”的效果,ANSYS程序并不是将“杀死”的单元从模型中删除,而是将其刚度(或传导,或其他分析特性)矩阵乘以一个很小的因子[ESTIF] 。因子缺省值为1.0E-6,可以赋为其他数值(详见“施加载荷并求解”一章)。死单元的单元载荷将为0,从而不对载荷向量生效(但仍然在单元载荷的列表中出现)。同样,死单元的质量,阻尼,比热和其他类似效果也设为0值。死单元的质量和能量将不包括在模型求解结果中。单元的应变在“杀死”的同时也将设为0。 与上面的过程相似,如果单元“出生”,并不是将其加到模型中,而是重新激活它们。用户必须在PREP7 中生成所有单元,包括后面要被激活的单元。在求解器中不能生成新的单元。要“加入”一个单元,先杀死它,然后在合适的载荷步中重新激活它。 当一个单元被重新激活时,其刚度,质量,单元载荷等将恢复其原始的数值。重新激活的单元没有应变记录(也无热量存储等)。但是,初应变以实参形式输入(如LINK1 单元)的不为单元生死选项所影响。而且,除非是打开了大变形选项[NLGEOM,ON] ,一些单元类型将以它们以前的几何特性恢复(大变形效果有时用来得到合理的结果)。单元在被激活后第一个求解过程中同样可以有热应变(等于a*(T-TREF)),如果其承受热量体载荷。 如何使用单元生死特性 可以在大多数静态和非线性瞬态分析中使用单元生死,其基本过程与相应的分析过程是一致的。对于其他分析来说,这一过程主要包括以下三步: 建模 施加载荷并求解 查看结果 修改基本分析步骤如下以包括单元生死特征: 建模: 在PREP7 中,生成所有单元,包括那些只有在以后载荷步中才激活的单元。在PREP7外不能生成新的单元。 施加载荷并求解: 在SOLUTION中完成以下操作: 定义第一个载荷步: 在第一个载荷步中,用户必须选择分析类型和所有的分析选项。用下列方法指定分析类型: Command: ANTYPE GUI: Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis 在结构分析中,大变形效果应打开。用下列命令设置该选项: Command: NLGEOM,ON GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options 对于所有单元生死应用,在第一个载荷步中应设置牛顿-拉夫森选项,因为程序不能预知EKILL命令出现在后面的载荷步中。用下列命令完成该操作: Command: NROPT GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options 杀死[EKILL] 所有要加入到后续载荷步中的单元,用下列命令: Command: EKILL GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Kill Elements 单元在载荷步的第一个子步被杀死(或激活),然后在整个载荷步中保持该状态。要注意保证使用缺省的矩阵缩减因子不会引起一些问题。有些情况下要考虑用严格的缩减因子。用下列方法指定缩减因子数值: Command: ESTIF GUI: Main Menu>Solution>Other>StiffnessMult 不与任何激活的单元相连的结点将“漂移”,或具有浮动的自由度数值。在一些情况下,用户可能想约束不被激活的自由度[D,CP等] 以减少 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 解的方程的数目,并防止出现位置错误。约束非激活自由度,在重新激活的单元要有特定的(或温度等)时很有影响,因为在重新激活单元时要删除这些人为的约束。同时要删除非激活自由度的结点载荷(也就是不与任意激活的单元相连的结点)。同样,用户必须在重新激活在自由度上施加新的结点载荷。 下面是第一个载荷步中命令输入示例: !第一个载荷步 TIME,... !设定时间值(静力分析选项) NLGEOM,ON !打开大位移效果 NROPT,FULL !设定牛顿-拉夫森选项ESTIF,... !设定非缺省缩减因子(可选) ESEL,... !选择在本载荷步中将不激活的单元EKILL,... !不激活选择的单元 ESEL,S,LIVE !选择所有活动单元 NSLE,S !选择所有活动结点 NSEL,INVE !选择所有非活动结点(不与活动单 元相连的结点) D,ALL,ALL,0 !约束所有不活动的结点自由度(可 选) NSEL,ALL !选择所有结点 ESEL,ALL !选择所有单元 D,... !施加合适的约束 F,... !施加合适的活动结点自由度载荷SF,... !施加合适的单元载荷 BF,... !施加合适的体载荷 SAVE SOLVE 请参阅TIME,NLGEOM,NROPT,ESTIF,ESEL,EKILL,NSLE,NSEL,D,F,SF 和BF命令得到更详细的解释。 后继载荷步 在后继载荷步中,用户可以随意杀死或重新激活单元。象上面提到的,要正确的施加和删除约束和结点载荷。 用下列命令杀死单元: Command:EKILL GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Kill Elements 用下列命令重新激活单元: Command: EALIVE GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Activate Elem !第二个(或后继)载荷步: TIME,... ESEL,... EKILL,... !杀死选择的单元 ESEL,... EALIVE,... !重新激活选择的单元 ... FDELE,... !删除不活动自由度的结点载荷 D,... !约束不活动自由度 ... F,... !在活动自由度上施加合适的结点载荷 DDELE,... !删除重新激活的自由度上的约束 SAVE SOLVE 请参阅TIME,ESEL,EKILL,EALIVE,FDELE,D,F和DDELE命令得到更详细的解释。 查看结果 对于大多数部分来说,用户在对包含不激活或重新激活的单元操作时应按照 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的过程来做。但是必须清楚的是,“杀死”的单元仍在模型中,尽管对刚度(传导)矩阵的贡献可以忽略。因此,它们将包括在单元显示,输出列表等操作中。例如,不激活的单元在结点结果平均(PLNSOL命令或Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu)时将“污染”结果。整个不激活单元的输出应当被忽略,因为很多项带来的效果都很小。建议在单元显示和其他后处理操作前用选择功能将不激活的单元选出选择集。 使用ANSYS结果控制单元生死 在许多时候,用户并不清楚的知道杀死和重新激活单元的确切位置。例如,用户要在热分析中“杀死”熔融的单元(在模型中移去溶化的材料),事先不会知道这些单元的位置;用户必须根据ANSYS计算出的温度确定这些单元。当决定杀死或重新激活单元依靠ANSY S计算 结果时(如温度,应力,应变等),用户可以使用命令识别并选择关键单元。 用下列方法识别关键单元: Command: ETABLE GUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table 用下列方法选择关键单元: Command:ESEL GUI: Utility Menu>Select>Entities 然后用户可以杀死或重新激活选择的单元。(也可以用ANSYS APDL 语言编写宏以完成这些操作。) 用下列方法杀死选择的单元: Command:EKILL,ALL GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Kill Elements 用下列方法重新激活选择的单元: Command:EALIVE,ALL GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Other>Activate Elem 下面的例子是杀死总应变超过许用值的单元: /SOLU !进入求解器 ... ... !标准的求解过程 SOLVE FINISH ! /POST1 !进入POST1 SET,... ETABLE,STRAIN,EPTO,EQV !将总应变存入ETABLE ESEL,S,ETAB,STRAIN,0.20 !选择所有总应变大于或等于0.20的单元 FINISH ! /SOLU !重新进入求解器 ANTYPE,,REST EKILL,ALL !杀死选择(超过允许值)的单元 ESEL,ALL !读入所有单元 ... ... !继续求解 请参阅ETABLE,ESEL,ANTYPE和EKILL命令得到更详细的解释。 进一步的说明 不活动的自由度上不能施加约束方程[CE,CEINTF等]。(不活动的自由度当结点不与活动的单元相连时出现)。 可以通过先杀死然后重新激活单元的方法做应力松弛(如退火)操作。在非线性分析中,注意不要因为杀死或重新激活单元引起奇异性(如结构分析中的尖角)或刚度突变。这将使得收敛困难。 在有单元生死的分析中打开FULL 牛顿-拉夫森方法的适应下降选项将得到好的结果。用下列方法: Command: NROPT,FULL,,ON GUI: Main Menu>Solution>Analysis Options 可以通过一个参数值来指示单元生死状态[*GET,Par,ELEM,n,ATTR,LIVE] (Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data)。该参数可以用于APDL 逻辑分支(*IF等),或其他要控制单元生死的应用场合中。 用户可能想通过改变材料特性来杀死或重新激活单元[MPCHG](Main Menu>Preprocessor>Material Props>Change Mat Num)。但是,在这个过程中要特别小心。软件保护系统和限制使得“杀死”的单元在求解器中改变材料特性时将不生效。(单元集中载荷不能自动删除;应变,质量,比热等也不能删除。)不当的使用MPCHG 命令将带来许多问题。例如,如果将单元的刚度缩减到近于0,而保留其质量,在有加速度和惯性载荷的问题中将产生奇异性。 一个MPCHG的应用是在建立模型时涉及“出生”单元的应变历程的情况下。使用MPCHG可以得到单元在变形的结点构造中的初始应变。在单元生死中不能用多载荷步求解[LSWRITE],因为不激活或重新激活的单元状态将不写入载荷步文件中。有多个载荷步的生死单元分析应该用一系列的SOLVE命令(Main Menu>Solution>Current LS)来做。 单元生死应用实例(命令行格式) 问题描述 等截面杆两端固定,承受均匀的温度载荷时将其中间1/3段移去。过程是将其应变自由化并移去均匀温度。分析其热应力和应变情况。材料特性和几何模型参数见下图。 /PREP7 /TITLE, ELEMENT BIRTH/DEATH IN A FIXED BAR WITH THERMAL LOADING ET,1,LINK1 !二维杆单元 MP,EX,1,30E6 !材料特性 MP,ALPX,1,.00005 MP,EX,2,30E6 MP,ALPX,2,.00005 !重新…出生?单元的特性 MP,REFT,2,100 !单元出生的参考温度 R,1,1.0 N,1 N,4,10 FILL E,1,2 EGEN,3,1,-1 !生成三个单元 FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC D,1,ALL,,,4,3 !固定杆的两端 TREF,0 !参考温度0度 TUNIF,100 !均匀温度载荷 NROPT,FULL OUTPR,BASIC,ALL SOLVE EKILL,2 !…杀死?中间的单元 SOLVE EALIVE,2 !重新激活中间单元 MPCHG,2,2 !将材料特性改为2以生成自由应变单元 SOLVE TUNIF,0 !删除温度载荷 SOLVE 1)单元生死的原理: 1.在ANSYS中,单元的生死功能是通过修改单元刚度的方式实现的。单元被“杀死”时, 它不是从刚度矩阵删除了, 而是它的刚度降为一个低值。杀死的单元的刚度乘以一个极小的减缩系数(缺省为1e-6)。为了防止矩阵奇异, 该刚度不设置为0。 2.与杀死的单元有关的单元载荷矢量(如压力、温度)是零输出 3.对于杀死的单元, 质量、阻尼和应力刚度矩阵设置为0。 4.单元一被杀死, 单元应力和应变就被重置为0 5.因为杀死的单元没有被删除, 所以刚度矩阵尺寸总是保持着 1.与之相似,当单元“活”的时候,也是通过修改刚度系数的方式实现的。所有的单元, 包括开始被杀死的, 在求解前必须存在,这是因为在分析过程中刚度矩阵的尺寸不能改变, 所以,被激活的单元在建模时就必须建立,否则无法实现杀死与激活。 2.当单元被重新激活时,它的刚度、质量与荷载等参数被返回到真实状态。 3.当大变形效应打开时(NLGEOM,ON),为了与当前的节点位置相适应,单元被激活后,其形状会被改变(拉长或压短)。当不使用大变形效应时,单元将在原始位置被激活。 4.当单元“激活”后, 它们没有任何应变历史记录,它们通过生和死操作被“退火”,生的时候所有应力和所有应变等于零。 2)单元生死求解过程: 1 建模,对将要进行杀死或激活的单元进行分组。这点非常重要,将会影响后续工作的效率。 2定义第一个荷载步。在第一个荷载步中,必须选择分析类型和适当的分析选项。通常情况下,应该打开大应变效应,而且当要使用单元死活行为时,必须在第一个荷载步中明确设置Newton-Raphson选项。若不存在其它非线性, 应明确指定完全Newton-Raphson 选项。为“Newton-Raphson option” 指定“Full N-R” (NROPT,FULL)。对所有的死活应用, 因为在后面的载荷步中程序不能预测EKILL 命令的存在, 所以若不存在其它非线性, 则务必在第一个载荷步明确设置Newton-Raphson 选项。 3 其余荷载步。在接下来的荷载步中,可以按照设计好的流程,将单元杀死或激活。 4查看结果。与常规计算类似。 3)使用生死单元的注意事项: 1约束方程不能施加在死的自由度上; 2程序默认的单元刚度系数不一定适用,可根据实际问题进行调整; 3 在非线性分析中,注意不要让单元的死活导致奇异点的出现,这样会导致不收敛; 4打开自适应Newton-Raphson选择通常会得到更好的结果; 5可以通过计算结果来判断单元是否应该被杀死和激活,比如轴力、应变等; 6 当有单元死活行为时,LSWRITE不能使用; 4)对于外加载荷的应特别注意事项: 1.对于杀死的单元, 单元载荷矢量(压力、温度)自动置零。 2.质量被置零, 所以加速度载荷也不影响杀死的单元。 3.集中节点力不能自动从杀死单元的自由度中删除,用户必须手动删除杀死节点的集中载荷。类似地, 当单元重新激活时, 这些节点载荷必须重新施加。 4.对于重新激活单元,所有单元和惯性载荷(压力、温度和加速度)被恢复,节点力, 如上所述, 不受单元死活的影响。 5.重新激活的单元没有应变记录(也无热量在存储等),但是,初应变以实常数形式输入的(如link1单元)不受单元生死选项影响。 5)边界条件的提示: 1. 当杀死单元被重新激活时, 若想保持单元的形状,则约束杀死单元的节点可能是重要的,重新激活单元时,务必删除这些人为的约束。2. 不与任何单元连接的节点会“漂移”,有些情况下, 可能想约束杀死的自由度, 以减少要求解的方程数目或避免病态(前已述及缩减系数ESTIF 在刚度矩阵中产生较小量, 可能引起病态)。 3. 注意约束方程(CE or CEINTF) 不能用于杀死的自由度。 6)求解选项提示 1.LSWRITE和LSSOLVE 命令不能用于死活选项,需要使用一系列明确的SOLVE 命令来进行多载荷步求解。 2.自适应下降可以用于单元死活, 且通常提供好的结果。 3.通过杀死然后重新激活单元可模拟应力释放操作(如退火)。 7)获得收敛的提示: 1.非线性分析中, 在杀死或重新激活单元时注意不要产生奇异点(例如结构分析中尖锐的内曲角) 或大的刚度突变,这种情形很可能引起收敛困难。 2. 杀死和重新激活单元引起系统刚度的突变(阶跃改变),因此, 若这些改变太剧烈,则可能发生收敛困难。若出现收敛困难,则需要限制给定载荷步的杀死或激活的单元数。 8)单元死活的备选方案: 1.若需保持杀死单元的应变历史, 可在求解器中通过改变材料属性来杀死单元。 ? Solution > Load Step Opts > Other > Change Mat Props 2.然而, 该选项不删除单元力、应变、质量、比热等,求解中草率使用材料属性的改变会导致收敛问题,例如, 若一个单元刚度降为0, 但保留它的质量, 则加速度载荷会导致奇异。 9)用到的命令: EKILL, ELEM:杀死单元,ELEM可以是ALL(所有已选单元)、P(点取)、单元组名; EALIVE, ELEM:激活单元,ELEM可以是ALL(所有已选单元)、P(点取)、单元组名; ESTIF, KMULT:设置单元刚度系数,默认为1.0E-6。