前言

ANSYS程序中的SHELL181單元是用于復合材料層合板結構分析比較好的單元之一。原文在ANSYS程序的在線幫助中，這篇文章是它的譯文，是我們從專業角度對原文的翻譯。目的在于幫助那些英語水平不高，而且從事復合材料結構計算分析的技術人員能夠方便地使用這個單元。

復合材料是由一種以上具有不同性質的材料構成的，其主要優點是具有優異的材料性能。復合材料具有比強度大、比剛度高、抗疲勞性能好、各向異性、以及材料性能可設計的特點。復合材料可用于飛機機翼、尾翼，發動機機匣、葉片等結構設計，也是用于壓力容器、風力發電葉片等民用結構的先進材料。

目前，復合材料技術已成為影響飛機發展的關鍵技術之一，逐漸應用于飛機等結構的主承力構件中，西方先進戰斗機上復合材料使用量已達結構總重量的25%以上。

風力發電是目前世界上能源領域發展最快的技術之一，據知大約每年以25~30%的速度遞增。當前風力發電是我國新興的能源項目，國內有關公司和企業紛紛引進國外產品和技術，產能過剩，競爭相當激烈，但最后誰能在該行業中站住腳，還取決于有沒有自己的自主知識產權的產品。

有限元技術是分析風力發電復合材料葉片的先進手段，有助于設計先進的葉片結構。ANSYS程序中復合材料單元比較全，其中SHELL181單元是比較好的單元之一。

1. 181殼單元描述

181殼單元適于分析薄至中等厚度的殼形結構。它是每個節點具有6個自由度的4節點單元。6個自由度指X、Y、Z三個軸方向的位移和繞X、Y、Z三個軸的轉角(如選用膜片，則該單元只有位移自由度)。退化的三角形單元，只用于網格生成的填充單元。

181殼單元非常適用于線性、大轉角和/或大應變非線性的應用。計算變厚度殼單元應用非線性分析。在單元范圍內支持完全和減縮的積分方法。181殼單元計及壓力分布引起的(載荷剛度)影響。

181殼單元適用于模擬分層的復合殼或夾層結構。模擬殼的精度取決于第一剪切變形理論(通常稱為Mindling-Reisser殼理論)。

對于用43殼單元存在收斂困難問題，可用181殼單元取代43殼單元。關于這個單元的更詳細的內容見ANSYS，Inc.理論參考。

圖181.1181殼單元幾何形狀

xo?=　Element

x-axis if ESYS is not supplied.

為單元坐標系的X軸不提供

x　= Element x-axis if ESYS is

supplied.

為單元坐標系的X軸提供

分頁

2. 181殼單元數據輸入

這個單元的幾何形狀、節點位置和坐標系示于圖181.1：“181殼單元幾何形狀”。此單元由4點I、J、K和L定義。單元方程式基于對數應變和真實應力方法。單元動力學考慮到有限膜應變(拉伸)。然而，在一個時間增量步內的曲率變化假設很小。你可以用常數或截面定義它的厚度或其他數據。僅對單層殼選用實常數。如果一個181殼單元既有實常數設置，又有一個正確有效的截面類型，則實常數將被忽略。

181殼單元也采用預積分殼截面類型(SECTYPE，GENS)。當此單元使用GENS截面形式，不需要定義厚度或材料。更詳細內容見“Using

Preintgrated General Shell Sectins”。

用實常數定義厚度

殼單元的厚度可以在單元各節點定義。假設整個單元厚度平緩變化。如果單元厚度不變，只輸入TK(1)。如果厚度變化，則必須輸入4個節點的厚度。

層截面定義

另一種選擇，可以用截面命令定義殼單元厚度和更一般的特性。181殼單元可與殼截面聯合(見SECTYPE命令說明)。與選擇實常數相比，殼截面是定義殼結構的更通用的方法。殼截面命令可用于定義分層復合材料殼的定義，而且提供了輸入確定的厚度、材料、方位和通過層厚度的積分點的操作。注意單層殼不排除用殼截面定義，而且提供更靈活的操作，如使用ANSYS函數編碼器定義作為整體坐標和采用積分點的函數的厚度。

當采用截面輸入時，你可指定經由每層厚度的積分點數(1，3，5，7或9)。僅當積分點數為1時，積分點總是位于頂面和低面之間。如果積分點數為3或更多時，其中兩個積分點分別位于頂面和底面，其余積分點在上述兩點之間等距分布。當指定積分點數為5時例外，那里四等份的積分點位置向最近的層面移動5%，使與選用實常數輸入選定的位置一致。每層積分點數的默認值為3。注意，當采用實常數時，ANSYS采用5個積分點。然而當使用截面定義等效層時，積分點默認值是3。為了對解法進行比較，用SECDATA命令設置截面積分點數為5。

此單元的默認方位為S1(殼單元面坐標)軸，它與單元中心的單元第一參數方向一致，它連接側面中線LI和JK。在最通過的情況下，該軸可確定為：

對于不扭曲單元，默認方位與在Coordinate

System中描述的一致(第一表面方向與IJ邊一致)。對于空間翹曲或其他扭曲單元，默認方位代表更好的應力狀態，因為在單元定義域內，在默認情況下，單元采用單點求積分。

第一方位S1可以THETA角(度)旋轉，作為單元的實常數或者使用SECDATA的命令。對于一個單元，你可以在單元的平面內確定方位的單一值。當使用截面定義時，可以使用層向方位。

你也能用ESYS確定單元方位。見Coordinate

System。

該單元支持退化的三角形形式，然而，除用作網格填充單元或選用薄膜(KEYOPT1=1)外，不推薦使用三角形形式。當使用具有大變形而選用薄膜時，三角形單元具有更多的優勢。

181殼單元用補償的方法建立獨立轉動自由度與(對殼表面)平面位移分量之間的聯系。ANSYS程序以默認值選用一個適當的補償剛度。然而如果必要，可以通過改變默認值采用第十個實常數(訓練剛度因子；見表181.1“SHELL

181 Real

Constants”)。這個實常數值是對默認補償剛度的比例參數。采用較高值可能在模型中引起較大的非物理能的成分。因此改變默認值要慎重。當采用截面定義181單殼元，訓練剛度因子可以用SECCONTROLS命令確定。

單元載荷在Node and Element

Loads中說明。壓力可作為單元表面上的面載荷輸入，如圖181.1；“181殼單元幾何形狀”中帶圓圈的數字所表示的各表面。

在單元外表面各角和各層(1—1024最大)之間的相交面各角，溫度作為體載荷輸入。第一個溫度T1默認為TUNIF。如果其它角的溫度都不作規定，它們默認為T1。如果KEYOPT(1)=0并被假設精確地輸入NL+1溫度，每層底面的四角采用一個溫度，而最后的溫度用于頂層上表面的四角。假如KEYOPT(1)=1并假設精確地輸入NL個溫度值，每層的四角采用一個溫度。這就是：T1用于T1，T2，T3，和T4；T2(當輸入時)用于T5，T6，T7，和T8等。對于其它輸入形式，未規定的溫度默認值為TUNIF。

采用KEYOPT(3)，181殼單元支持一致減縮積分和不相容模型的全積分。通過默認值，這個單元為了效率，在非線性應用中采用一致減縮積分。

帶有計時控制的減縮積分的使用，產生一些限制(雖然很小)。例如，為了獲得懸壁梁或剛性構件的平面彎曲(見圖181.2“181殼單元典型彎曲應用”)，需要若干厚度方向的單元。采用一致減縮積分所獲得的效率足以補償采用更多單元的需要。在比較好地改善網格方面，大都與計時的效果無關。

當選用減縮積分時，你可通過對總能(在ETABLE中的SENE標識)和計時控制引起的人工能(在ETABLE中的AENE標識)進行對比，檢查解的精度。如果人工能與總能之比小于5%，一般說來這個解是可接受的。總能和人工能也可通過使用在解相位中的OUTPR，VENG進行控制。

雙線性單元，在全積分時，平面彎曲過硬。181殼單元在彎曲為主的問題中，使用不相容模型的方法提高精度。這個方法也叫“額外狀態”或“發泡”型方法。181殼元采用確保補片試驗令人滿意的方程式(J.C.Simo

和F.Amero,“Geometrically nonlinear enhanced　strain mixeds and

themethod of incompatible

method”IJNME,VOL,33,PP.1413-1449,1992)。

當分析中包括不相容模型時，你必采用全積分。KEYOPT(3)=2意味著包括不相容模型和采用(2×2)全積分。

181殼單元采用KEYOPT(3)=2說明沒有任何假設的能機理。這種181殼元的特定形式即使帶有粗糙的網格也是高度精確的。

假如你在選用默認值時遇到任何計時有關的困難，我們向你推薦采用KEYOPT(3)=2。假如網格粗糙和單元平面彎曲支配響應，KEYOPT(3)=2也是必要的。在所有的分層的應用中我們推薦這種選擇。

KEYOPT(3)=2具有最小的使用限制。你始終可以選擇這種方案。然而對你的問題可以選擇最好的方案，提高單元的效率。對圖181.2“181殼元典型彎曲應用”中說明的問題進行研究。

圖181.2181殼元典型彎曲應用

KEYOPT(3)=2對平面彎曲只要求用一個貫穿整個厚度的單元

KEYOPT(3)=0對平面彎曲可能至少要用四個貫穿整個厚度的單元

對加強板(平面)模型采用KEYOPT(3)=2

懸壁梁和用殼模擬橫截面的梁是平面彎曲為主的典型例子。在這種情況下，采用KEYOPT(3)=2是最有效的選擇。減縮積分將要求改善網格。例如懸壁梁問題采用減縮積分要求四個貫穿整個厚度的單元，而帶不相容模型的全積分只要一個貫穿整個厚度方向的單元。

對于加強殼，最有效的選擇是：對殼采用KEYOPT(3)=0，對加強板采用KEYOPT(3)=2。

當規定KEYOPT(3)=0，181殼單元對膜和彎曲模型用一個計時控制方法。默認值，181殼單元對金屬和超彈性應用都用計時參數進行計算。你可以用實常數11和12取代默認值(見表181.1：“181殼元實常數”)。取代改變計時的剛度參數，你應該增加網格密度或者選擇全積分(KEYOPT(3)=2)。當采用截面定義，你可以用SECCONTROLS命令規定計時剛度比例因子。

181殼單元包括橫截面剪切變形的影響。采用Bathe-Drorkin的假設剪切應變公式緩解剪切自鎖效應。單元的橫截面剪切剛度是下面所示的一個2×2的矩陣。

在上述矩陣中，R7，R8和R9是實常數7，8和9(見表181.1：“181殼單元實常數”)你可以用指定不同的實常數取代橫截面剪切剛度的默認值。這個選擇對分析分層殼是有效的。另一種辦法是：用SECCONTROLS命令定義橫截面剪切剛度值。

對于各向同性的單層殼，默認的橫截面剪切剛度是：

在上述矩陣中，K=5.6，G=剪切膜量，h=殼的厚度。

分頁

181殼單元可以與線彈性、彈塑性、蠕變或高彈性材料特性聯系。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作為彈性輸入。von

Mises各向同性硬化塑性模型可以同BISO(雙線性各向同性硬化)，MISO(多線性各向同性硬化)和NLISO(非線性各向同性硬化)方案一起引用。動態硬化塑性模型同BKIN(雙線性動態硬化)，MKIN(多線性動態硬化)，和CHABOCHE(非線性動態硬化)方案一起引用。引用塑性假設彈性性質是各向同性(那就是，假設正交各向異性的彈性和塑性一起使用，ANSYS假設各向同性彈性膜量=EX和泊松比=NUXY)。

超彈性材料特性(2，3，5或9參數Mooney-Rivlin材料模型，Neo-Hookean模型，Polynomial型式模型，Aradd-Boyce模型和用戶定義模型)可以與此單元同時使用。泊松比用以規定材料的可壓縮性。如果小于0，泊松比設為0；如果大于或等于0.5，泊松比設為0.5(完全不可壓縮)。

各向同性和正交各向異性的熱膨脹系數都可用MP，ALPX輸入。當與超彈性一起使用時，假設各向同性膨脹。

用BETAD命令提供總的阻尼值。如果MP，DAMP規定單元的材料號(與MAT命令一起指定)，它是用于單元取代來自BETAD命令的值。同樣，用TREF命令提供參考溫度的總值，假如MP，AEFT是規定單元的材料號，它是用于單元取代來自TREF命令的值。但是，如果MP，REFT是規定層的材料號，它是用以取代總體的或單元的溫度值。

在采用減縮積分和計時控制(KEYOPT(3)=0)時，如果使用的質量矩陣不符合求積分規則，可能出現錯誤的低頻模式。181殼元使用一種設計方案有效地過濾對單元計時模式的慣性影響。為了有效，必須使用集中質量矩陣。對于用這種單元進行模態分析，我們推薦設置LUMPM，OFF。然而，選用集中質量，能用于帶全積分方案(KEYOPT(3)=2)。

在單層或多層的殼單元中，KEYOPT(8)=2用來將中面結果儲存到成果文件中。如果你選用SHELL，MID，你將看到這些計算值，而不是頂面或底面的平均值。你應當使用這個方案儲存這些正確的中面結果(膜結果)。對于這些分析，平均頂面和底面的結果是不確當的；例子包括用非線性材料性能求得的中面應力和應變以及涉及諸如譜分析的平方運算的膜態綜合的中面結果。

KEYOPT(9)=1用于以用戶子程序讀入初始厚度數據。

你可以通過ISTRESS或ISFILE命令，對這個單元施加初始應力狀態。更多的資料見在“ANSYS

Basis Analysis Guide” 中的“Initial Stress

Loading”。此外，你可設置KEYOPT(10)=1以用戶子程序USTRESS讀取初始應力。關于用戶子程序的詳情見“Guide

to ANSYS User Programmable Featuress” 。

這個單元自動計入壓力載荷剛度影響。如果壓力載荷剛度的影響需要一個不對稱矩陣，用NROPT，UNSYS。

在“SHELL 181 Input

Summary”中給出這個單元輸入的摘要。單元輸入總的說明在“Element Input”中給出。

SHELL181 Input Summary：

2.1 181殼單元輸入摘要

(1)Nodes—節點

I, J, K, L

(2)Degrees of Freedom—自由度

UX, UY, UZ,　ROTX, ROTY, ROTZ if

KEYOPT(1) = 0

UX, UY, UZ if KEYOPT(1) =

1

(3)Real Constants—實常數

TK(I),　TK(J), TK(K),

TK(L), THETA, ADMSUA

E11,　E22,

E12, DRILL, MEMBRANE, BENDING

See Table

181.1: "SHELL181 Real Constants"for more information.

更多情況見Table

181.1: "SHELL181 Real Constants"

If　a

SHELL181 element references a　valid shell section type, any real

constant　data specified will be ignored.

如果181殼單元輸入確定的殼截面類型，任何實常數定義將被忽略。

(4)Material

Properties—材料特性

EX, EY,

EZ, (PRXY,　PRYZ, PRXZ, or NUXY, NUYZ, NUXZ),

ALPX,

ALPY, ALPZ　(or CTEX, CTEY, CTEZ or THSX, THSY, THSZ),

DENS,

GXY, GYZ, GXZ

僅為單元提供一次DAMP(阻尼)(使用MAT命令分配材料性能設置)，可以為單元提供一次REFT(溫度)，或可在每層底分配REFT(溫度)。更多的信息見"SHELL181

Input Summary"中討論。

(5)Surface Loads—面載荷

Pressures -- 壓力

face

1　(I-J-K-L) (bottom, in +N direction)(底，在+N方向),

face

2　(I-J-K-L) (top, in -N direction)(頂，在-N方向),

face 3

(J-I), face 4　(K-J), face 5 (L-K), face 6 (I-L)

(6)Body Loads——體載荷

Temperatures -- 溫度

For KEYOPT(1) = 0

(彎曲和膜剛度):

T1, T2, T3, T4(在1層底), T5, T6, T7,

T8(在1-2層之間);以下各層類似，直到最后頂層NL(4*(NL+1))的溫度。因此，每一層單元施加8個溫度值。

For KEYOPT(1) = 1 (僅膜剛度)

:

T1, T2, T3, T4對1層, T5, T6, T7,

T8對2層, 類似對所有層 (4*NL 最大層). 因此，每一層單元施加4個溫度值。

Special Features—專用名詞

Plasticity塑性

Hyperelasticity超彈性

Viscoelasticity粘彈性

Viscoplasticity粘塑性

Creep蠕變

Stress

stiffening應力剛化

Large

deflection大位移

Large

strain大應變

Initial

stress import初始應力輸入

Birth and

death活和死

Automatic

selection of element technology單元技術自動選擇

Section

definition　for layered shells and preintegrated shell sections

for　input of homogenous section stiffnesses

對層殼的截面定義和對相似截面剛度輸入的待積分殼截面

Supports

the following　types of data tables associated with the TB

command:

使用TB命令支持下列數據表類型：

ANEL,

BISO, MISO, NLISO, BKIN,　MKIN, KINH, CHABOCHE, HILL, RATE, CREEP,

HYPER,　PRONY, SHIFT, PLASTIC, and USER.

Note-注：

材料模型的詳細說明見ANSYS, Inc. Theory

Reference。

關于單元技術選擇的更多情況見Automatic Selection of

Element Technologies and ETCONTROL。

分頁

2.2開關—各種開關的用法

KEYOPT(1)

Element stiffness—單元剛度：

0 -- Bending and membrane stiffness

(default)— 彎曲和薄膜剛度(默認)

1 -- Membrane stiffness

only—只薄膜剛度

KEYOPT(3)

Integration option—積分點：

0 -- Reduced integration with

hourglass control (default)—用計時控制的減縮積分(默認)

2 -- Full integration with

incompatible modes—具有不相容模型的全積分

KEYOPT(8)

Specify layer data

storage—指定層數儲存：

0 -- Store　data for bottom of bottom

layer and　top of top layer (multi-layer elements)

(default)—儲存底層的底面數據和頂層的頂面數據(多層單元)(默認)

1 -- Store data for TOP　and BOTTOM,

for all layers (multi-layer

elements)—儲存所有層的頂面數據和底面數據(多層單元)

Note-注：

Volume of data may be

excessive—體積數據除外

2 -- Store data　for TOP, BOTTOM, and

MID for all　layers; applies to single- and multi-layer

elements—儲存頂面、底面數據以及所有層的MID；適用于單層和多層單元

KEYOPT(9)

User thickness

option—用戶厚度選項：

0 -- No　user subroutine to provide

initial thickness (default)—不用用戶子程序提供初始厚度(默認)

1 -- Read initial　thickness data

from user subroutine UTHICK —使用用戶子程序UTHICK輸入初始厚度

Note-注：

See the Guide to ANSYS　User

Programmable Features for user written

subroutines—關于用戶子程序輸出見ANSYS指南

KEYOPT(10)

User-defined initial

stress—用戶定義初始應力：

0 -- No　user subroutine to provide

initial stress (default)—沒有用戶子程序提供初始應力(默認)

1 -- Read initial　stress data from

user subroutine USTRESS —用戶子程序讀入初始應力

Note-注：

See the Guide to ANSYS　User

Programmable Features for user written

subroutines—關于用戶子程序輸出見ANSYS指南。

Table 181.1 SHELL181 Real

Constants—SHELL181實常數

No.

Name

Description

1

TK(I)

Thickness

at node I節點厚度I

2

TK(J)

Thickness

at node J節點厚度J

3

TK(K)

Thickness

at node K節點厚度K

4

TK(L)

Thickness

at node L節點厚度L

5

THETA

Angle

of　first surface direction, in degrees

第一表面方位角(用度)

6

ADMSUA

Added

mass per unit area

附加單位面質量

7

E11

Transverse shear

stiffness[2] 橫向剪切剛度[2]

8

E22

Transverse shear

stiffness[2] 橫向剪切剛度[2]

9

E12

Transverse shear

stiffness[2] 橫向剪切剛度[2]

10

Drill

Stiffness Factor

In-plane

rotation stiffness[1,2] 平面轉動剛度[1,2]

11

Membrane

HG Factor

Membrane

hourglass control factor[1,2]

膜片計時控制比例因子[1,2]

12

Bending

HG Factor

Bending

hourglass control factor[1,2]

彎曲計時控制比例因子[1,2]

(1)這些實常數的有效值是任意正數。然而，推薦使用1和10之間的數值。如果指定0.0，則默認值為1.0。

(2) ANSYS提供默認值。

*

如果截面定義使用命令，見SECCONTROLS。

3.

SHELL181 Output Data

SHELL181單元輸出數據

與單元有關的結果輸出有兩種形式：

·整個節點解中的節點位移；

·另外的單元輸出參見Table 181.2: "SHELL181

Element Output Definitions"。

一些項在Figure 181.3: "SHELL181 Stress

Output"中闡述。

KEYOPT(8)控制輸出數據總和，通過層命令輸到結果文件中。層間剪切應力用在層界面計算得到的SYZ和SXZ表示。要在POST1中輸出這些應力，必須設置KEYOPT(8)=1或2。結果輸出通用的描述在Solution

Output中給出。查看結果的路徑見ANSYS Basic Analysis Guide。

單元應力合成矢量(N11, M11, Q13,

etc.)和單元的膜應變及曲率一樣，平行于單元坐標系。如此廣義應變可使用SMISC只在單元質心選擇。橫截面剪力Q13,

Q23僅以合成矢量形式得到，可用SMISC,7 (or 8)。同樣，橫截面剪應變γ13和 γ23貫穿厚度為常數，而且只用SMISC項(分別使用SMISC,15

and SMISC,16,)得到。

SHELL181不支持廣大的基本單元打印輸出。POST1提供很多綜合的輸出處理工具。因此，我們推薦使用OUTRES，確保將需要的結果數據儲存在數據文件中。

圖181.3SHELL181殼單元應力輸出

xo?=　Element

x-axis if ESYS is not supplied.

為單元坐標系的X軸不提供

x = Element　x-axis if

ESYS is supplied.

為單元坐標系的X軸提供

單元輸出定義表使用的符號：

在NAME—欄中，冒號(：)表示能用部件名路徑進入的項[ETABLE，ESOL]。O—欄表示可從文件Jobname.OUT中獲得的項。R—欄表示結果文件中獲得的項。無論O或R欄，Y表示該項總可以獲得，表腳注中的數字表示該項在某種條件下可獲得，a

表示該項不可獲得。

SHELL181殼單元輸出定義見下表：

Table 181.2 SHELL181 Element Output

Definitions

Name

Definition

O

R

EL

Element

number and name單元號和名稱

-

Y

NODES

Nodes -

I, J, K, L節點

-

Y

MAT

Material

number材料號

-

Y

THICK

Average

thickness平均厚度

-

Y

VOLU:

Volume體積

-

Y

XC, YC,

ZC

Location

where results are reported結果報告中的位置

-

4

PRES

Pressures

P1 at nodes I,　J, K, L; P2 at I, J,　K, L; P3 at J,I; P4 at　K,J; P5

at L,K; P6 at I,L

節點壓力

-

Y

TEMP

T1, T2,

T3, T4 at bottom　of layer 1, T5, T6,　T7, T8 between layers 1-2,

similarly for　between next layers, ending with　temperatures at top

of layer NL(4*(NL+1) maximum)

層的溫度

-

Y

LOC

TOP,

MID,　BOT, or integration point location

頂，中，底，積分點位置

-

1

S:X, Y,

Z, XY, YZ, XZ

Stresses應力

3

1

S:INT

Stress

intensity應力強度

-

1

S:EQV

Equivalent

stress等效應力

-

1

EPEL:X,

Y, Z, XY

Elastic

strains彈性應變

3

1

EPEL:EQV

Equivalent elastic

strains [7]等效彈性應變

3

1

EPTH:X,

Y, Z, XY

Thermal

strains熱應變

3

1

EPTH:EQV

Equivalent thermal

strains [7]等效熱應變

3

1

EPPL:X,

Y, Z, XY

Average

plastic strains平均塑性應變

3

2

EPPL:EQV

Equivalent plastic

strains [7]等效塑性應變

3

2

EPCR:X,

Y, Z, XY

Average

creep strains平均蠕變應變

3

2

EPCR:EQV

Equivalent creep

strains [7]等效蠕變應變

3

2

EPTO:X,

Y, Z, XY

Total

mechanical　strains (EPEL + EPPL + EPCR)

總機械應變

Y

-

EPTO:EQV

Total

equivalent　mechanical strains (EPEL + EPPL + EPCR)

總等效機械應變

Y

-

NL:EPEQ

Accumulated

equivalent plastic strain累積等效塑性應變

-

2

NL:CREQ

Accumulated

equivalent creep strain累積等效蠕變應變

-

2

NL:SRAT

Plastic

yielding (1　= actively yielding, 0 = not yielding)

塑性屈服

-

2

NL:PLWK

Plastic

work塑性功

-

2

NL:HPRES

Hydrostatic

pressure靜水壓力

-

2

SEND:ELASTIC,

PLASTIC, CREEP

Strain

energy densities應變能密度

-

2

N11, N22,

N12

In-plane

forces (per unit length)平面力(每單位長度)

-

Y

M11, M22,

M12

Out-of-plane moments

(per unit length)

平面外力矩(每單位長度)

-

8

Q13,

Q23

Transverse　shear

forces (per unit length)

橫向剪切力(每單位長度)

-

8

ε11, ε22, ε12

Membrane

strains膜應變

-

Y

k11, k22, k12

Curvatures曲率

-

8

γ13, γ23

Transverse shear

strains橫向剪切應變

-

8

LOCI:X,

Y, Z

Integration point

locations積分點位置

-

5

SVAR:1,

2, ... , N

State

variables狀態變量

-

6

1．下列應力解重現于頂部、中部和底部表面。

2．如果單元具有非線性材料，就可得到頂部、中部和底部表面的非線性解。

3．單元坐標系的應力、總應變、塑性應變、彈性應變、蠕變應變和熱應變，可用輸出得到(在通過厚度的所有五個截面的節點處)。

4．與a *GET項一樣，只在質心處項獲得。

5．只有使用OUTRES,LOCI獲得。

6.

只有使用USERMAT子程序和TB,STATE獲得。

7．等效應變使用有效的泊松比：對于彈性和熱計算，泊松比由用戶設置(MP,PRXY)；對于塑性和蠕變，其值用0.5。

8．對膜單元，選項(KEYOPT(1) =

1)不可使用。

Table 181.3: "SHELL181 Item and

Sequence Numbers"列出了通過ETABLE命令利用序號途徑可獲得的輸出。查看ANSYS Basic Analysis

Guide里的Creating an Element Table和The Item and Sequence Number

Table中的更多信息。下列符號在Table 181.3: "SHELL181 Item and Sequence

Numbers"中用到：

Name —在Table 181.2: "SHELL181

Element Output Definitions"中定義的輸出量名

Item —為ETABLE命令預定義的標簽

E —對于單值或常數型單元數據的序列號

I,J,K,L— 節點I, J, K,

L處的序列號

Table　181.3 SHELL181 Item and

Sequence Numbers

表181.3

SHELL181殼單元的項和序列號

Output

Quantity Name

ETABLE

and ESOL Command Input

Item

E

I

J

K

L

N11

SMISC

1

-

-

-

-

N22

SMISC

2

-

-

-

-

N12

SMISC

3

-

-

-

-

M11

SMISC

4

-

-

-

-

M22

SMISC

5

-

-

-

-

M12

SMISC

6

-

-

-

-

Q13

SMISC

7

-

-

-

-

Q23

SMISC

8

-

-

-

-

ε11

SMISC

9

-

-

-

-

ε22

SMISC

10

-

-

-

-

ε12

SMISC

11

-

-

-

-

k11

SMISC

12

-

-

-

-

k22

SMISC

13

-

-

-

-

k12

SMISC

14

-

-

-

-

γ13

SMISC

15

-

-

-

-

γ23

SMISC

16

-

-

-

-

THICK

SMISC

17

-

-

-

-

P1

SMISC

-

18

19

20

21

P2

SMISC

-

22

23

24

25

P3

SMISC

-

27

26

-

-

P4

SMISC

-

-

29

28

-

P5

SMISC

-

-

-

31

30

P6

SMISC

-

32

-

-

33

分頁

4.

SHELL181 Assumptions and Restrictions

SHELL181殼單元的假設和限制

·不允許0面積單元(這種情況經常發生在單元沒有編號的情況下)。

·0厚度單元或在任何角點處具有0厚度的錐形單元是不允許的(但允許0厚度層)。

·在非線性分析中，如果在任何積分點處一個非0厚度消失(在非常小的數字容差內)，那么求解就結束。

·不推薦使用三角形單元。

·這種單元用全牛頓—拉普森法(NROPT,FULL,ON)最好。對非線性問題采用大轉動和大載荷占優勢。我們建議你不用PRED,ON。

·當使用不平衡分層結構時，如果采用減縮積分(KEYOPT(3) =

0)，SHELL181單元會忽略轉動慣量的效應。

·如果采用減縮積分(KEYOPT(3) =

0)，全部慣性效應都假設在點平面內，例如，不平衡分層結構和偏移對單元的質量特性無影響。

·假設單元層間沒有滑移。剪切變形包含在單元中，假設變形前垂直于中心平面，變形后還是垂直的。

·如果使用多載荷步，層數在載荷步間不可改變。

·截面定義允許在分層定義中使用超彈性材料模型和彈塑性材料模型。然而，解的準確性主要取決于殼理論的基本假設。在此情況下，殼理論的可用性用可比較的固體模型就能很好地理解。

·殼截面的橫向剪切剛度可用能量等效方法估計(廣義的截面力和應變與材料點應力和應變對應)。如果材料的剛度比(彈性模量)在相鄰層中很高，這樣計算的準確性將產生不利影響。

·層間剪切應力的計算基于解除每個方向彎曲的單向簡化假設。如果要求得到準確的邊層間剪切應力，應該采用殼—固體子模型。

·SHELL181單元支持最大250層。

·對于多數組合分析(需要撲捉應力梯度)，推薦使用KEYOPT(3) =

2。

·如果層的材料是超彈性的，層的方向角有影響。

·如果殼的截面只有一層，而且截面的積分點數為1，或如果KEYOPT(1)

= 1，那么這個殼不能有任何彎曲剛度。它可引起求解困難，還可導致不收斂。

·在幾何非線性分析中(NLGEOM,ON)，總包含應力剛化。當指定SSTIF,ON時，幾何非線性分析(NLGEOM,OFF)，忽略應力剛化。預應力的影響用PSTRES命令激活。

·貫通厚度的應力，SZ，總為0。

·當單元用預積分殼截面(SECTYPE,,GENS)組合時，附加限制使用。更多情況，見Considerations

for Employing Preintegrated Shell Sections。