SHELL181單元說明

SHELL181單元適合對薄的到具有一定厚度的殼體結構進行分析。它是一個4結點單元，每個結點具有6個自由度：x,y,z方向的位移自由度和繞X,Y,Z軸的轉動自由度。(如果應用了薄膜選項的話，那該單元則只有移動自由度了)。簡并三角形選項只在該單元做為充填單元進行網格劃分時才會用到。

Shell181單元非常適用于分析線性的，大轉動變形和非線性的大形變。殼體厚度的變化是為了適應非線性分析。在該單元的應用范圍內，完全積分和降階積分都是適用的。SHELL181單元闡明了以下(荷載剛度)分布壓強的效果。

SHELL181單元可以應用在多層結構的材料，如復合層壓殼體或者夾層結構的建模。在復合殼體的建模過程中，其精確度取決于第一剪切形變理論( 通常指明德林-雷斯那殼體理論)

在解決許多有收斂困難的問題上，SHELL181單元可以用來替代SHELL43單元。參見ANSYS理論參考中的SHELL181單元介紹以了解有關該單元的更多細節問題。

SHELL181輸入數據

其幾何特性，節點的位置及坐標系參見圖181.1 SHELL 181單元的幾何圖。 該單元由四個節點定義而成：I，J，K，L。該單元等式是基于對數應變和實際應力的測量的。從運動學來講，該單元支持有限的薄膜應變(伸展)。但是，在一定時間內的曲線變化必須是小變化。你可以用實常數或者橫截面定義來定義該單元的厚度或者其他的一些參數。用實常量來定義其參數只限于定義單層殼體。如果同時用實常數和一個有效的殼體橫截面來定義SHELL181單元的話，實常數定義將被忽略。

SHELL181單元同樣適用用預整合的殼體橫截面類型。當該單元用GENS類型橫截面來定義時，厚度或者材料的定義就都不需要了。如果想了解更多的信息，請參見 預整合通用殼體橫截面的使用。

用實常數來定義厚度

殼體單元的厚度可以在其各個節點定義，在該單元內，其厚度的變化被認為是光滑的。如果該單元各處的厚度一樣，是個常數，那么只需輸入I節點的厚度就可以了。如果該單元的厚度不是一個常數，那么所有四個節點處的厚度都必須輸入。

多層橫截面定義

同樣，殼體厚度和其他常規的參數的設定也可以在橫截面的定義中來完成。SHELL181單元與殼體橫截面有關連(參見橫截面類型命令描述)。殼體橫截面定義相對實常數定義來講更為普遍。殼體橫截面操作可以定義多層的復合殼體，并可以通過各層的厚度提供的輸入選項來指定其厚度，材料，傾向性和積分點的個數。需要注意的是，單層殼體也可以用殼體橫截面定義來設定，但是卻提供了較多的有伸縮性的選項，如利用ANSYS的功能創建器來定義厚度作為世界坐標系的一項功能和所用到的積分點的個數等。

在橫截面定義過程中，你可以在定義各層的厚度時指定積分點(1，3，5，7或者9)的位置。如果只有1個點，那么該點一般都在頂層和底層的中間；如果是3個或者更多，則有兩個點分別位于頂層和底層的面上，剩下的點則均勻分布在這兩點之間。當指定為5個點時，特殊情況就出現了，為了和用實常數輸入選定的位置達成一致，四分之一點位置向距離他們最近層的表面移動了5個百分點。對每層來說，默認的輸入點個數是3個。注意，當應用實常數定義時，ANSYS就用5個積分點。但是，當一個等厚度的單層結構用橫截面定義十，默認的是3個積分點。為了得到相似的解，可以用SECDATA命令設定橫截面點為5個。

該單元默認的方向使得S1(殼體表面坐標)軸和該單元第一個參數方向在該單元中心連成一條直線。該單元的中心將LI和JK的中間邊連接起來。最普遍的情況下，該軸可以這樣定義：

?

對于無畸變的單元，默認的方向性和坐標系系統中的描述是一樣的(第一個面的方向和IJ邊在同一條直線上)。對于空間翹曲的或者有畸變的單元，默認的方向性可以更好的表明應力狀態，這是由于在該單元的范圍內，它只用一個積分點(默認)。

對與該單元來說，其第一表面S1的方向可以在THETA設定中被旋轉一個指定的角度，同樣，用SECDATE命令也可以達到同樣的效果。對于一個單元來說，你可以在單元平面中指定一個單獨的旋轉角度值。如果用橫截面定義的話，就可以用層的智能方向性了。

你也可以用ESYS來定義單元的方向性。

該單元支持簡化為三角形形式。然而，除非被用做分網填充單元或有薄膜選項，建議不要用其三角形形式。其三角形式通常在薄膜選項中具有大撓度時才更為可靠。

SHELL181單元用補償法標準來描述板內位移組件的獨立旋轉自由度，ANSYS程序默認選擇一個合適的剛度補償。但是，如果需要的話，您可以用第十個實常數來改變默認值。該實常數的值是系統默認補償剛度的比例因子。用較高的值的話，有利于模型中的大的非物理能量內容。因此，在改變默認值的時候請務必小心。當用橫截面定義SHELL181單元時，鉆剛度因素可以通過

在181.1："SHELL181 Geometry"中圈中的數字所示，壓力可以按單元表面的面載荷來輸入。邊壓按每單位長度來輸入。

TUNIF.在各層(1-1024最大)間外部面的角和內面的角處，溫度可以當作單元體載荷萊輸入。第一個角溫度默認為TUNIF。如果所有的其他的溫度都沒有指定，則均默認為T1。如果KEYOPT(1)＝0，且NL＋1溫度正確輸入了，則第一個溫度設定為各層底部四角溫度，最后一個溫度設定為頂部四個角的溫度。如果KEYOPT(1)＝1，且NL溫度正確輸入了，則第一個溫度設定為各層四個角的溫度。也就是說，T1就是T1, T2, T3,和T4;T2就是T5, T6, T7,和T8，等。對于其他的輸入面板，未指定的溫度都默認為TUNIF。

用KEYOPT(3),SHELL 181單元支持相同在不相容的模態下的縮減積分和全面積分。 默認情況下，該單元在非線性應用中為實行原因運用了相同的縮減積分。

用沙漏控制下的縮減積分創建些應用的約束，盡管很小。例如，為了得到內板懸臂梁或者加強筋的彎曲數據(如圖181.2 SHELL181典型彎曲應用)，就需要在厚度方向設定一定數量的單元。該實行通過類似的縮減積分得到的成果足以抵消你對多單元的需求。在相對細化的網格劃分中，沙漏問題是不切題的。

如果用了縮減積分選項，你可以通過對比總能量和用沙漏控制得到的人工能量來檢測結果的精確性。如果人工能和中能量的比率小于5％，一般來說結果就是可以接受的。總能量和人工能量同樣可以在求解階段用OUTPR,VENG監控。

當用完全積分時，雙線形單元在內板彎曲中就會很硬。SHELL181用非協調模式法來提高撓度支配問題的精確性。該方法也稱作附加形態或者泡沫模態法。SHELL181用該等式確保滿足小塊檢驗。

當分析中包含非協調模態時，您必須用完全積分法。KEYOPT(3) = 2暗示包含了非協調模態和完全積分。

對SHELL181單元，當指定KEYOPT(3) = 2時，它不含有任何模擬能量機制。這種SHELL181特殊的形式非常精確，甚至具有網眼。如果您遇到默認選項的與沙漏相關的問題，我們建議您用KEYOPT(3) = 2。如果網格劃分有網眼而且單元的內板彎曲控制響應，KEYOPT(3) = 2也是必須的。我們建議各種層的應用問題都選用該選項。

KEYOPT(3) = 2利用了最少使用限制。您可以一直選用該選項。您也可以通過選擇最合適您問題的選項來改善單元的性能。該問題在圖181。2“SHELL181典型彎曲的應用”有描述。

圖181。2“SHELL181典型彎曲的應用”

懸臂梁和梁的橫截面可以用殼體建模，這是板內彎曲占主導因素問題的典型例子。在這些情況下，選用KEYOPT(3) = 2是最有效的選擇。縮減積分可能需要進行網格優化。例如，懸臂梁的縮減積分求解需要厚度方向的四個單元，反之，有非協調模態的完全積分則只需要厚度方向的一個單元。

對于加強的殼體，最有效的選擇就是：對殼體，用KEYOPT(3) = 0；對加強部分，用KEYOPT(3) = 2

當指定KEYOPT(3) = 0時，對薄膜和彎曲模態，SHELL181單元會選用沙漏控制法。默認情況下，SHELL181單元會為金屬和超彈性應用問題計算沙漏參數。您可以用實常數11和12而不管默認值。您可以增加分網密度或者選用完全積分選項(KEYOPT(3)=2)而不用改變沙漏剛度參數。當用到橫截面定義時，你可能會需要通過

SHELL181單元包含了橫向剪切變形效果。巴氏－德沃克林的一個假設的剪切應變等式可以用來緩和剪切鎖定。該單元的橫向剪切剛度是一個如下所示的2*2矩陣：

在上述矩陣中，R7,R8,和R9是實常數7，8，和9。您可以忽略默認得橫向剪切剛度值，而通過把不同的值賦給那些實常量。該選項對分析夾層結構的殼體實行有效的。另一方面，

對于各向同性的單層殼體結構，默認得橫向剪切剛度是：

在上述矩陣中，k = 5/6, G =剪切模量,? h =殼體厚度.

SHELL181單元可以用于分析線彈性，彈性塑料，蠕變或者超彈性材料的特性。對于彈性體，只有各向同性，各向異性和正交各向異性的線彈性特性可以輸入。復雜綜合應力等向硬化塑料模型可以被BISO(雙線性等向硬化)，MISO(多線性)，NLISO (非線性各向同性硬化)選項調用。運動學硬化塑料模型可以被BKIN (雙線性運動硬化), MKIN and KINH (多線形運動硬化), and CHABOCHE (非線形運動硬化)所調用.調用塑料證明彈性特征是各向同性的。

該單元也可以用超彈性材料的特征。泊松比用來指定材料的可壓縮性。如果小于0，泊松比就會被設定為0；如果大于和等于0.5，泊松比則被設定為0.5。

各向同性和各向異性熱膨脹系數可以用MP,ALPX來輸入。當用到超彈性時，各向同性膨脹就被選用。

用MP,DAMP被指定為單元材料號，則它為單元所用而不是TREF命令來指定全局相關溫度。如果 MP,REFT用來指定材料定義材料單元編號，則它為單元所用而不是MP,REFT來定義層的材料號，則它是用來代替全局或者單元值的。

在縮減積分和沙漏控制下(KEYOPT(3) = 0),如果質量矩陣不符合求積規則，則低頻副振蕩模將會出現. SHELL181單元用影射法有效的篩選出了單元內部結構到沙露面模式，為了有效性，必須使用一個連續的質量矩陣。若用該單元左模態分析，我們建議您設定LUMPM,OFF.集中質量選項可以被用在完全積分選項中(KEYOPT(3) = 2).

對于單層或多層殼體單元來說，KEYOPT(8) = 2用來存儲中間面結果。如果您用了SHELL,MID,您將看到的是這些計算值，而不是頂部和底部結果的平均值。當頂部和底部的平均值不合適的時候，你應該用這個選項來得到正確的中見面的結果(薄膜結果);例子中包含黑線性材料特性的中間面應力、應變 ，以及在包含諸如譜分析等測長操作的模態疊加之后的中間面結果。

KEYOPT(9) = 1用來從用戶子程序中讀取初始厚度數據。

你可以用KEYOPT(10) = 1來從用戶子程序USTRESS中讀取初始應力。對于用戶子程序的細節問題，請參見the Guide to ANSYS User Programmable Features.

該單元自動包含壓力載荷剛度的效果。如果壓力載荷剛度效果需要非對稱矩陣，請用NROPT,UNSYM.