ANSYS高级分析之单元的生和死

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ANSYS高级分析之单元的生和死
何为单元的生和死？  
如果模型中加入（或删除）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ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural产品。

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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）

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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

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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。

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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。

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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。

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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

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?    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

huhuiling

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。

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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ANSYS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
...