ANSYS结构单元与材料应用手册

《ANSYS结构单元与材料应用手册(附光盘基于最新版本14.0)》针对ANsYs 14．0在结构分析中的应用进行编写，主要介绍了常用的ANSYS单元和常用的材料模型在ANSYS中的实现和使用方法。根据内容的侧重点不同，本书可分引言、结构单元、结构材料及算例应用4篇，其中，引言篇主要介绍使用ANSYS的基础知识，包括ANSYS分析流程、APDI．编程等内容。结构单元篇介绍ANSYS的结构单元类型，包括点单元、组合单元、连杆单元、梁单元、管单元、二维平面单元、三维实体单元、壳单元、接口单元、接触单元、MPC单元、表面效应单元、矩阵单元等。结构材料篇介绍ANsYs结构分析中常见的材料模型，包括线性材料模型、塑性材料模型、超弹性材料模型、粘弹性材料模型、率相关材料模型、垫片材料模型、肿胀材料模型、蠕变材料模型、记忆合金材料模型、IdPC材料模型、接触摩擦材料...

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《ANSYS结构单元与材料应用手册(附光盘基于最新版本14.0)》针对ANsYs 14．0在结构分析中的应用进行编写，主要介绍了常用的ANSYS单元和常用的材料模型在ANSYS中的实现和使用方法。根据内容的侧重点不同，本书可分引言、结构单元、结构材料及算例应用4篇，其中，引言篇主要介绍使用ANSYS的基础知识，包括ANSYS分析流程、APDI．编程等内容。结构单元篇介绍ANSYS的结构单元类型，包括点单元、组合单元、连杆单元、梁单元、管单元、二维平面单元、三维实体单元、壳单元、接口单元、接触单元、MPC单元、表面效应单元、矩阵单元等。结构材料篇介绍ANsYs结构分析中常见的材料模型，包括线性材料模型、塑性材料模型、超弹性材料模型、粘弹性材料模型、率相关材料模型、垫片材料模型、肿胀材料模型、蠕变材料模型、记忆合金材料模型、IdPC材料模型、接触摩擦材料模型、内聚层材料模型等。算例篇以APDL程序方式对ANSYS单元和常见结构材料模型的使用进行实例说明。本书附录还给出了结构分析涉及的常用命令集，方便读者查阅。

凌桂龙和沈再阳编著的《ANSYS结构单元与材料应用手册(附光盘基于最新版本14.0)》内容详实，适合理工院校相关专业的硕士研究生、博士研究生及教师使用，可以作为ANSYS学习教材供高等院校学生及科研院所研究人员使用，也可以作为从事相关工程领域科学技术研究的工程技术人员的参考用书。

目 录
第一篇 引言
第1章 ANSYS基础 3
1.1 ANSYS分析流程概述 3
1.1.1 分析流程 3
1.1.2 前处理 4
· · · · · · (更多)

目 录
第一篇 引言
第1章 ANSYS基础 3
1.1 ANSYS分析流程概述 3
1.1.1 分析流程 3
1.1.2 前处理 4
1.1.3 加载与求解 5
1.1.4 后处理 12
1.2 APDL编程概述 13
1.2.1 使用参数 13
1.2.2 APDL程序控制 20
第二篇 结构材料
第2章 结构分析材料概述 27
2.1 结构分析材料模型 27
2.2 材料曲线拟合 28
2.2.1 超弹性材料曲线拟合 28
2.2.2 其他材料模型曲线拟合 32
2.3 材料模型组合 32
2.4 变量插值 46
2.5 GUI不可访问的材料模型 47
第3章 ANSYS结构材料模型（一） 48
3.1 线性材料模型 48
3.1.1 定义线性材料模型 48
3.1.2 应力-应变关系 49
3.1.3 阻尼 50
3.1.4 热膨胀 50
3.2 塑性材料模型 51
3.2.1 随动强化材料模型 51
3.2.2 硬化材料模型 54
3.2.3 其他塑性材料模型 55
3.3 超弹性材料模型 58
3.3.1 Arruda-Boyce超弹材料 58
3.3.2 Blatz-Ko Foam超弹材料 58
3.3.3 延长管筒材料 58
3.3.4 Gent超弹材料 59
3.3.5 Mooney-Rivlin超弹材料 59
3.3.6 Neo-Hookean超弹材料 60
3.4 粘弹性材料模型 60
3.4.1 粘弹性材料公式 60
3.4.2 时间-温度叠加效应 62
3.5 率相关塑性材料模型 64
3.5.1 Perzyna和Peirce选项 64
3.5.2 EVH选项 64
3.5.3 Anand选项 65
3.5.4 设置方式 66
3.6 垫片材料模型 66
3.7 肿胀材料模型 67
第4章 ANSYS结构材料模型（二） 69
4.1 蠕变材料模型 69
4.1.1 隐式蠕变方程 69
4.1.2 显式蠕变方程 71
4.2 记忆合金材料模型 72
4.2.1 仿真超弹性行为 73
4.2.2 形状记忆效应 75
4.3 MPC184连接材料模型 78
4.3.1 线性弹性刚度和阻尼行为 78
4.3.2 非线性弹性刚度和阻尼行为 79
4.3.3 摩擦行为 81
4.4 接触摩擦模型 82
4.4.1 各向同性摩擦 82
4.4.2 正交各向异性摩擦 83
4.4.3 载荷步间重定义摩擦 84
4.4.4 用户自定义摩擦 84
4.5 内聚层材料模型 85
4.5.1 指数内聚层材料模型 85
4.5.2 双线性内聚层材料模型 85
4.5.3 接触单元内聚层材料模型 86
4.6 其他层材料模型 87
4.6.1 材料强度极限 87
4.6.2 损伤生成法则 89
4.6.3 损伤演变法则 89
4.6.4 用户定义材料模型 90
第三篇 结构单元
第5章 ANSYS结构单元概述 93
5.1 单元分类 93
5.1.1 单元分类特征 93
5.1.2 单元类型概述 94
5.1.3 结构单元选择 100
5.1.4 当前单元技术 101
5.1.5 结构退化单元 101
5.1.6 特殊单元概述 102
5.1.7 GUI不可访问单元 102
5.2 单元特征 102
5.2.1 单元输入 102
5.2.2 结果输出 105
5.2.3 单元坐标系 107
5.3 结构分析单元 109
5.3.1 连续应力单元 109
5.3.2 壳单元 110
5.3.3 梁单元和杆单元 111
5.3.4 管单元 111
5.3.5 加强单元 111
5.3.6 表面单元 111
5.3.7 单元构型和技术的自动选取 111
5.3.8 线性扰动分析可用单元 113
第6章 点单元 115
6.1 MASS21 115
6.1.1 单元描述 115
6.1.2 输入数据 115
6.1.3 输出数据 116
6.1.4 假设与限制 116
6.2 FOLLW201 117
6.2.1 单元描述 117
6.2.2 输入数据 117
6.2.3 输出数据 118
6.2.4 假设与限制 118
第7章 组合单元 119
7.1 COMBIN14 119
7.1.1 单元描述 119
7.1.2 输入数据 119
7.1.3 输出数据 121
7.1.4 假设与限制 122
7.2 COMBIN37 123
7.2.1 单元描述 123
7.2.2 输入数据 123
7.2.3 输出数据 127
7.2.4 假设与限制 128
7.3 COMBIN39 129
7.3.1 单元描述 129
7.3.2 输入数据 129
7.3.3 输出数据 132
7.3.4 假设与限制 134
7.4 COMBIN40 134
7.4.1 单元描述 134
7.4.2 输入数据 135
7.4.3 输出数据 137
7.4.4 假设与限制 138
7.5 COMBI214 139
7.5.1 单元描述 139
7.5.2 输入数据 139
7.5.3 输出数据 141
7.5.4 假设与限制 142
第8章 连杆单元 143
8.1 LINK11 143
8.1.1 单元描述 143
8.1.2 输入数据 143
8.1.3 输出数据 144
8.1.4 假设与限制 145
8.2 LINK180 145
8.2.1 单元描述 145
8.2.2 输入数据 146
8.2.3 输出数据 147
8.2.4 假设与限制 148
第9章 梁单元 149
9.1 BEAM188 149
9.1.1 单元描述 149
9.1.2 技术与使用推荐 150
9.1.3 输入数据 151
9.1.4 输出数据 155
9.1.5 假设与限制 160
9.2 BEAM189 160
第10章 管单元 161
10.1 PIPE288 161
10.1.1 单元描述 161
10.1.2 技术与使用推荐 161
10.1.3 输入数据 162
10.1.4 输出数据 166
10.1.5 假设与限制 171
10.2 PIPE289 171
10.3 ELBOW290 172
10.3.1 单元描述 172
10.3.2 输入数据 173
10.3.3 输出数据 178
10.3.4 假设与限制 181
第11章 二维平面单元 183
11.1 PLANE182 183
11.1.1 单元描述 183
11.1.2 输入数据 183
11.1.3 输出数据 185
11.1.4 假设与限制 187
11.2 PLANE183 187
第12章 三维实体单元 188
12.1 SOLID65 188
12.1.1 单元描述 188
12.1.2 输入数据 188
12.1.3 输出数据 191
12.1.4 假设与限制 195
12.2 SOLID185（同质构型） 195
12.2.1 单元描述 195
12.2.2 输入数据 196
12.2.3 输出数据 198
12.2.4 假设与限制 200
12.3 SOLID185（层状构型） 200
12.3.1 单元描述 200
12.3.2 输入数据 200
12.3.3 输出数据 202
12.3.4 假设与限制 204
12.4 SOLID186 204
12.5 SOLID187 205
12.5.1 单元描述 205
12.5.2 输入数据 205
12.5.3 输出数据 207
12.5.4 假设与限制 209
12.6 SOLID272 209
12.6.1 单元描述 209
12.6.2 输入数据 209
12.6.3 输出数据 211
12.6.4 假设与限制 213
12.7 SOLID273 214
12.8 SOLID285 214
第13章 壳类单元 215
13.1 SHELL28 215
13.1.1 单元描述 215
13.1.2 输入数据 215
13.1.3 输出数据 216
13.1.4 假设与限制 218
13.2 SHELL61 219
13.2.1 单元描述 219
13.2.2 输入数据 219
13.2.3 输出数据 221
13.2.4 假设与限制 231
13.3 SHELL181 231
13.3.1 单元描述 231
13.3.2 输入数据 232
13.3.3 输出数据 236
13.3.4 假设与限制 241
13.4 SHELL281 241
13.5 SHELL208 242
13.5.1 单元描述 242
13.5.2 输入数据 242
13.5.3 输出数据 245
13.5.4 假设与限制 248
13.6 SHELL209 249
13.7 SOLSH190 249
13.7.1 单元描述 249
13.7.2 输入数据 250
13.7.3 输出数据 252
13.7.4 假设与限制 256
第14章 接口单元 257
14.1 INTER192 257
14.1.1 单元描述 257
14.1.2 输入数据 257
14.1.3 输出数据 258
14.1.4 假设与限制 259
14.2 INTER193 259
14.3 INTER194 260
14.4 INTER195 260
14.4.1 单元描述 260
14.4.2 输入数据 260
14.4.3 输出数据 261
14.4.4 假设与限制 262
14.5 INTER202 262
14.5.1 单元描述 262
14.5.2 输入数据 263
14.5.3 输出数据 264
14.5.4 假设与限制 265
14.6 INTER203 265
14.7 INTER204 265
14.8 INTER205 266
14.8.1 单元描述 266
14.8.2 输入数据 266
14.8.3 输出数据 267
14.8.4 假设与限制 268
第15章 接触类单元 269
15.1 CONTA171 269
15.1.1 单元描述 269
15.1.2 输入数据 269
15.1.3 输出数据 274
15.1.4 假设与限制 279
15.2 CONTA172 279
15.3 CONTA173 280
15.3.1 单元描述 280
15.3.2 输入数据 280
15.3.3 输出数据 285
15.3.4 假设与限制 290
15.4 CONTA174 291
15.5 CONTA175 291
15.5.1 单元描述 291
15.5.2 输入数据 292
15.5.3 输出数据 297
15.5.4 假设与限制 303
15.6 CONTA176 304
15.6.1 单元描述 304
15.6.2 输入数据 304
15.6.3 输出数据 309
15.6.4 假设与限制 312
15.7 CONTA177 313
15.7.1 单元描述 313
15.7.2 输入数据 313
15.7.3 输出数据 317
15.7.4 假设与限制 320
15.8 CONTA178 321
15.8.1 单元描述 321
15.8.2 输入数据 321
15.8.3 输出数据 325
15.8.4 假设与限制 327
15.9 TARGE169 327
15.9.1 单元描述 327
15.9.2 输入数据 328
15.9.3 输出数据 331
15.9.4 假设与限制 332
15.10 TARGE170 332
15.10.1 单元描述 332
15.10.2 输入数据 333
15.10.3 输出数据 338
15.10.4 假设与限制 338
第16章 MPC184单元 339
16.1 MPC184 339
16.1.1 单元描述 339
16.1.2 输入数据 340
16.1.3 输出数据 340
16.1.4 假设与限制 340
16.2 MPC184-Link/Beam 340
16.2.1 单元描述 340
16.2.2 输入数据 341
16.2.3 输出数据 342
16.2.4 假设与限制 343
16.3 MPC184-Slider 343
16.3.1 单元描述 343
16.3.2 输入数据 343
16.3.3 输出数据 344
16.3.4 假设与限制 345
16.4 MPC184-Revolute 345
16.4.1 单元描述 345
16.4.2 输入数据 345
16.4.3 输出数据 347
16.4.4 假设与限制 352
16.5 MPC184-Universal 352
16.5.1 单元描述 352
16.5.2 输入数据 352
16.5.3 输出数据 354
16.5.4 假设与限制 358
16.6 MPC184-Slot 358
16.6.1 单元描述 358
16.6.2 输入数据 358
16.6.3 输出数据 360
16.6.4 假设与限制 362
16.7 MPC184-Point 363
16.7.1 单元描述 363
16.7.2 输入数据 363
16.7.3 输出数据 364
16.7.4 假设与限制 368
16.8 MPC184-Translational 368
16.8.1 单元描述 368
16.8.2 输入数据 368
16.8.3 输出数据 369
16.8.4 假设与限制 372
16.9 MPC184-Cylindrical 373
16.9.1 单元描述 373
16.9.2 输入数据 373
16.9.3 输出数据 375
16.9.4 假设与限制 380
16.10 MPC184-Planar 381
16.10.1 单元描述 381
16.10.2 输入数据 381
16.10.3 输出数据 382
16.10.4 假设与限制 389
16.11 MPC184-Weld 390
16.11.1 单元描述 390
16.11.2 输入数据 390
16.11.3 输出数据 391
16.11.4 假设与限制 393
16.12 MPC184-Orient 393
16.12.1 单元描述 393
16.12.2 输入数据 393
16.12.3 输出数据 394
16.12.4 假设与限制 396
16.13 MPC184-Spherical 397
16.13.1 单元描述 397
16.13.2 输入数据 397
16.13.3 输出数据 398
16.13.4 假设与限制 400
16.14 MPC184-General 401
16.14.1 单元描述 401
16.14.2 输入数据 401
16.14.3 输出数据 402
16.14.4 假设与限制 407
16.15 MPC184-Screw 407
16.15.1 单元描述 407
16.15.2 输入数据 407
16.15.3 输出数据 409
16.15.4 假设与限制 412
第17章 表面效应单元 414
17.1 SURF153 414
17.1.1 单元描述 414
17.1.2 输入数据 414
17.1.3 输出数据 417
17.1.4 假设与限制 419
17.2 SURF154 419
17.2.1 单元描述 419
17.2.2 输入数据 419
17.2.3 输出数据 422
17.2.4 假设与限制 424
17.3 SURF156 425
17.3.1 单元描述 425
17.3.2 输入数据 425
17.3.3 输出数据 427
17.3.4 假设与限制 428
17.4 SURF159 428
17.4.1 单元描述 428
17.4.2 输入数据 428
17.4.3 输出数据 432
17.4.4 假设与限制 433
第18章 矩阵单元 435
18.1 MATRIX27 435
18.1.1 单元描述 435
18.1.2 输入数据 435
18.1.3 输出数据 437
18.1.4 假设与限制 438
18.2 MATRIX50 438
18.2.1 单元描述 438
18.2.2 输入数据 438
18.2.3 输出数据 440
18.2.4 假设与限制 440
第19章 其他结构单元 441
19.1 MESH200 441
19.1.1 单元描述 441
19.1.2 输入数据 441
19.1.3 假设与限制 443
19.2 PRETS179 443
19.2.1 单元描述 443
19.2.2 输入数据 444
19.2.3 输出数据 445
19.2.4 假设与限制 445
19.3 REINF263 446
19.3.1 单元描述 446
19.3.2 输入数据 446
19.3.3 输出数据 447
19.3.4 假设与限制 449
19.4 REINF264 450
19.4.1 单元描述 450
19.4.2 输入数据 450
19.4.3 输出数据 451
19.4.4 假设与限制 453
19.5 REINF265 453
19.5.1 单元描述 453
19.5.2 输入数据 453
19.5.3 输出数据 454
19.5.4 假设与限制 456
第四篇 算 例
第20章 ANSYS分析程序案例 459
算例1：抛物运动 459
算例2：纵向弹簧振子的固有频率 460
算例3：扭转弹簧振子的固有频率 461
算例4：双弹簧振子系统静态分析 462
算例5：双弹簧振子系统瞬态分析 462
算例6：双弹簧振子系统谐响应分析 464
算例7：双弹簧振子系统谱分析 465
算例8：控制弹簧静态分析 467
算例9：非线性弹簧分析 468
算例10：双弹簧振子系统分析 468
算例11：使用COMBI214仿真转子轴承 471
算例12：超静定杆反力求解 473
算例13：LINK11执行单元示例 474
算例14：三杆受力分析 475
算例15：预张紧弦模态分析 475
算例16：螺杆蠕变分析 477
算例17：瞬态冲击分析 478
算例18：残余塑性应变分析 479
算例19：桁架最大变形分析 480
算例20：横向屈曲分析 481
算例21：普通梁截面悬臂梁谱分析 482
算例22：通用梁截面悬臂梁静力分析 483
算例23：用户定义已划分横截面 485
算例24：锥形梁截面 486
算例25：管线屈曲分析 486
算例26：管线塑性分析 487
算例27：ELBOW290示例 488
算例28：海洋载荷 488
算例29：带厚度平面应变 489
算例30：带孔板静力分析 490
算例31：用PRETS179张紧 491
算例32：用温度张紧 491
算例33：ISO材料响应 491
算例34：复合材料实体分析 493
算例35：承受对角载荷的方块（一） 494
算例36：承受对角载荷的方块（二） 495
算例37：承受对角载荷的方块（三） 496
算例38：承受对角载荷的方块（四） 497
算例39：使用初始状态文件输入初始状态 498
算例40：命令输入初始应力 500
算例41：命令输入初始应变 500
算例42：初始弹性应变 501
算例43：使用REINF263加强 502
算例44：使用REINF264进行加强 503
算例45：使用REINF265进行加强 505
算例46：壳单元薄膜选项 506
算例47：圆筒壳体弯曲分析 507
算例48：圆盘壳体结构模态分析 508
算例49：壳截面定义 508
算例50：壳截面偏置 509
算例51：剪切梁的横向振动 510
算例52：盘形弹簧变形后固有频率分析 511
算例53：使用接触单元张紧 512
算例54：二维垫片 512
算例55：三维垫片 514
算例56：二维脱落 516
算例57：三维脱落 517
算例58：2D面面分析 518
算例59：3D面面分析 520
算例60：过盈配合 520
算例61：2D节点-面接触 521
算例62：3D节点-面接触 522
算例63：梁-梁外接触 523
算例64：SOLID272与SURF159示例 524
算例65：SOLID285示例 524
算例66：FOLLW201单元示例 525
算例67：线-面接触 525
算例68：节点-节点接触 526
算例69：实体-实体装配 527
算例70：实体-壳装配 527
算例71：实体-梁装配 528
算例72：实体单元验证 528
算例73：刚性表面约束 529
算例74：力分布约束 530
算例75：MPC184刚性梁 530
算例76：MPC184滑动单元 532
算例77：摇杆机构 533
算例78：曲柄滑块机构 534
算例79：摆动导杆 535
算例80：万向联轴节 536
算例81：曲柄滑块机构（使用狭槽） 537
算例82：正弦机构 538
算例83：点面连接单元示例 538
算例84：平动单元示例 539
算例85：圆柱连接单元示例 540
算例86：平面连接单元示例 541
算例87：焊接单元示例 542
算例88：方向连接单元示例 542
算例89：球铰连接示例 543
算例90：通用连接示例 543
算例91：螺纹连接示例 543
算例92：立方体承受切向压强载荷 544
算例93：扭转振子 545
算例94：承受对角载荷的方块（五） 546
附 录 548
附录1 单元与算例对应关系 548
附录2 结构分析涉及的常见命令 549
A2.1 SESSION命令 549
A2.2 DATABASE命令 551
A2.3 APDL编程命令 554
A2.4 PREP7命令 556
A2.5 SOLUTION命令 569
A2.6 POST1命令 577
A2.7 POST26命令 582
· · · · · · (收起)

第12章 三维实体单元 三维实体单元可以对任何结构形式进行有限元分析，但在许多时候被其他简化单元取代以减少计算代价。虽然如此，三维实体单元仍然不失为适应性最大的结构分析单元，广泛应用于结构分析中。常见的三维实体单元包括SOLID65、SOLID185、SOLID186、SOLID187、SOLID272、SOLID273和SOLID285。本章介绍这几种单元定义和使用相关的内容。 12.1 SOLID65 12.1.1 单元描述 ...

• 第12章 三维实体单元
• 第13章 壳类单元