1.4 ANSYS结构分析与结构建模
1.4.3 模型深度与单元选择
建立何种“深度”的模型才能较好的模拟工程实际， 是模型规划要解决的问题。采用何种单元模拟结构或 构件，是保证计算结果合理的前提，甚至是计算结果 正确与否的关键。
1.4 ANSYS结构分析与结构建模
1.4.3 模型深度与单元选择
1. 选择单元类型的原则 ★力学行为原则
1.5 结构分析的基本过程
1.5.2 几何建模-有限元模型的GUI方式
1. 问题描述
如图所示平面桁架，材料的弹性模量=210GPa 水平杆的截面面积为0.01m2 竖杆和中间两斜杆的截面面积为0.005m2 两边斜杆的截面面积为0.0125m2
200
200
8
400
400
400
4×6=24
图1.2 平面桁架结构(尺寸单位:m，荷载单位:kN)
对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。
1.4 ANSYS结构分析与结构建模
1.4.2 平面模型和空间模型
原则：根据不同的设计阶段而采用不同的计算模型， 以便取得较高的计算效率。
在方案设计过程中，一般可采用平面模型进行结构 的计算分析。此阶段主要研究结构总体的力学行为，如结构
设计参数等，以便得到理想的结构布置，而对结构内力和变形 精度要求不高。
★建模方Байду номын сангаас原则
当确定了单元类型后，应选择该类单元建模方便者。例如对于梁单元，采用 BEAM4、BEAM188/189均可行时，应该选择BEAM188/189单元。
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1.4.3 模型深度与单元选择
2. 模型深度 ★杆系级：主要采用杆单元和梁单元建立模型，以便获得结构总体的力
在技术设计过程中，一般宜采用空间模型进行结构 的计算分析。此阶段对结构的各种荷载效应要求有较高的精
度和可靠性，以便对各个构件进行设计。过去采用简化方法计 算，如荷载横向分布系数或偏载系数等。现在则可以直接建立 空间力学模型进行各种效应分析。而除此之外，许多结构按平 面模型分析存在许多困难，如城市中的宽桥、斜交桥、弯梁桥 及异形桥等，单拱面的拱桥或单索面的斜拉桥等。
1.4 ANSYS结构分析与结构建模
1.4.1 结构分类及仿真单元
杆系结构： ①当构件15>L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。 ②当构件L/h≥15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 ③BEAM18X系列可不必考虑的上限，但在使用时必须 达到一定程度的网格密度。
对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必 须考虑剪切变形的影响。
杆系结构、板壳结构和实体结构划分，分别采用与之力学行为相符的线单元、 板壳单元和实体单元。
★单元维数原则
在保证一定精度的前提下，采用的单元维数越低越好。因此，建议优先选择 梁杆单元，其次是板壳单元，最后是实体单元。
★单元阶数原则
在保证计算精度的情况下，优先选择低阶单元，但一般而言，高阶单元具有 较好的计算结果。当没有足够的经验时，建议采用高阶单元以获得较好的计 算结果。
1.4 ANSYS结构分析与结构建模
1.4.1 结构分类及仿真单元
在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。 按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板 壳结构和实体结构。 杆系结构：其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它 两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的 梁。单元类型有杆、梁和管单元（一般称为线单元） 板壳结构：是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺 度的结构，如平板结构和壳结构。单元为壳单元 实体结构：则是指三个方向的尺度约为同量级的结构， 例如挡土墙、堤坝、基础等。单元为3D实体单元和2D 实体单元
1.4 ANSYS结构分析与结构建模
有限元分析是对真实物理系统的数值近似。其 物理解释为以一组离散的单元集合体近似代替 原连续结构，通过各单元分析获得单元组合体 结构的特性，在给定的荷载与边界条件下，求 得单元组合体各节点的位移，进而求得各单元 应力等。
采用何种单元集合体来近似代替真实的求解问 题呢？即在实际工程结构仿真分析中，采用何 种单元模拟实际结构呢？在模拟实际结构中要 考虑哪些细节呢？本节就这些问题进行阐述和 讨论。
1.5 结构分析的基本过程
1.5.2 几何建模-有限元模型的GUI方式
2.前处理 启动ANSYS，并设定工作目录。
⑴ 定义工作文件名
输入文件名称
⑵ 定义工作标题
⑶ 重新显示
⑷ 创建关键点
需要说明的是坐标为“0”的数值可以不输入，当不 输入数值时ANSYS默认为“0”值。
⑸ 创建线
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1.4.1 结构分类及仿真单元
板壳结构： 当L/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。 当5～8<L/h<80～100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h>80～100时,采用薄膜单元。 对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄 壳单元，否则选择中厚壳单元。
学行为。平面模型的计算结果可用于方案设计，空间模型的计算结果可用于 技术设计。
★板壳级：主要采用板壳单元或与杆梁单元结合建立模型，以便获得结
构构件的力学行为。例如桥梁的主梁或主拱、主墩等可采用板壳单元模拟， 其它构件可采用杆梁单元模拟，以得到结构构件较为精确的内力和变形。
★实体级：主要采用实体单元或与杆梁、板壳单元结合建立模型，以便
获得结构细节或局部的力学行为。例如墩梁连接处、支承处、预应力筋锚固 端、斜拉索锚固区等应采用实体单元模拟，其它部分可采用杆梁单元或板壳 单元模拟。在实体级模型中，一般不全部采用实体单元，而是采用多种单元 的组合进行模拟。
1.5 结构分析的基本过程
1.5.1 基本过程
ANSYS分析过程一般包括三个步骤： ●前处理：创建几何模型或有限元模型、定义单元、 定义材料属性、定义单元划分等，施加荷载和边界条 件也可在该过程完成。 ●求解过程：施加荷载和边界条件、定义求解类型、 定义求解器及求解方式等。 ●后处理：查看分析结果、结果计算与分析等。
⑹ 显式关键点号和线号
⑺ 显式实体
⑻ 定义单元类型
⑼ 定义单元实常数
⑽ 定义材料属性
⑾ 定义几何模型属性
拾取6条水平线后
⑿ 显示实体的属性编号