ANSYS有限元分析详解：板单元与实体单元的应用

"本文主要介绍了有限元分析方法在ANSYS软件中的应用，特别是关于板单元和实体单元的特点、建模方法以及实际工程中的应用。文章来源于北京迈达斯技术有限公司，作者桂满树，提供了MIDAS软件中板单元的详细解析。" 有限元分析方法是一种广泛应用在工程领域中的数值计算技术，它将复杂的问题转化为由多个简单元素（有限元）组成的离散系统，通过求解这些元素的数学模型来近似整个问题的解决方案。在ANSYS软件中，有限元分析被用来解决结构力学、热传导、流体动力学等多种物理问题。 在板单元方面，文章特别提到了平面应力条件，即σzz=τxz=τyz=0，这通常用于分析二维应力状态。板单元分为两类：薄板单元（Kirchhoff Plate）和厚板单元（Mindlin Plate）。薄板单元忽略了剪切变形，其行为类似于Euler-Bernoulli Beam，适用于非常薄的结构。而厚板单元考虑了剪切变形，类似于Timoshenko Beam，适用于大多数情况，且误差小于2%。对于非常薄的板，如果使用厚板单元可能会导致Shear Locking现象。 MIDAS软件提供的板单元包括平面内的LST（Linear Strain Triangle）和Plane Stress Formulation with Incompatible Modes，以及平面外的DKT（Discrete Kirchhoff Triangle）和DKQ（Discrete Kirchhoff Quad），其中DKQ采用了Taylor&Simo公式修正以更精确地处理薄板问题。板单元有五个自由度/每个节点，但没有面内旋转自由度，其刚度由厚度决定，当挠度远小于板厚时，面内变形可以忽略。 此外，文章还强调了实体单元的应用，实体单元用于模拟三维结构，可以捕捉复杂的几何形状和材料特性。在实际工程中，通过不同的建模方法，如顺序建模，可以有效地创建和优化模型，以实现更精确的分析结果。 实际模型例题和细部精密分析方法是提高分析准确性和效率的关键。通过这些方法，工程师可以更好地理解结构的响应，例如应力分布、位移和应变，从而进行设计优化和故障预测。 总结来说，本文深入探讨了有限元分析方法中的板单元和实体单元，以及在ANSYS和MIDAS软件中的应用，为工程师提供了一套实用的工具和技术，以应对各种工程挑战。通过学习和实践这些内容，用户能够更加熟练地运用有限元分析解决实际工程问题。