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1、第8章3D实体结构分析Analysisof3DStructuralSolids真实世界屮的问题都是3D的，但是很多问题可以简化成2D或英至于1D的问题。不过这种简化的过程需要具备较多的背景知识及经验。如果你把一个问题model成3D的问题來解，往往是最简单、最方便的（但是却是最耗计算时间的），因为分析模型会瑕接近真实世界屮的模型，这就是为什么我们从3D的问题來着手。但是原则上一个问题如果能做适当的粘简（譬如简化成2D的问题，或者利用其对称性），则你燄好尽量做精简的工作。这种粘简T作是分析工程师的训练重点之一，不只是可以
2、有效率地利用计算机计算资源，更璽婆的是，通常比较能够抓住问题的本质。第1节我们要介绍一个最简单、最常用的3D实体结构元素，在ANSYS屮的编号叫做SOLID45。当我们使用「3D实体结构」这个名词时，是为了区别丁•如「3D梁结构」、「3D版壳结构」等名词。这些可以认为是1D（梁元素）或2D（板壳元素）的元素布置在3D的空间上，而3D实体结构是指3D元素布置在3D空间上。第2节以一个实例来应用这个元索。除了作为元素的应用练习外，这个实例也是作为前儿章所介绍的命令的综合应用。第3节会浏览其它的3D实体元索，包括结构、热传、
3、流场、电场、磁场、及偶合场问题的元素。第4节以一个练习题作为结束。第8.1节SOLID45：3D实体结构元素SOLID45:3DStructuralSolidElement当你査阅ANSYSElementReference［Ref.6］中的某一个元素时，说明的文字町以分成三个主题：ElementDescription、InputData、及OutputData。本小节也是依此顺序来介绍SOLID45元素。在介绍SOLID45元索之前，我们先强调一点：木书所提到的元索名称，如SOLID45.BEAM3等，这些编号是ANS
4、YS的专用编号，跳脱ANSYS之外时，这些编号并没有很大的意义。相对的,以3DStructuralSolidElement來取代SOLID45,或以2DBeamElement來取代BEAM3则是较适当的。8.1.1SOLID45元索描述0.PKL(TetrahedralOption-notrecommendEd)SOLID45是用來建构3D实体结构的最基本元素(在此是指ANSYSM早发展的元素)，Figure8-1所示，本图片直接取自Ref.6,SOLID45。这个元素有8个位于顶点的节点(编号为I,J,K,L,M,N
5、,0,P),所以是屈丁线性元素［Sec.2.3.5］；每一个节点有3个自由度，分别为UX,UY,U乙亦即X、丫、Z三个方向的变位。这个元索的形状通常是一个六而体(hexahedron),但是当某些节点重迭在一起时，这个元索可以退化(degenerate)成三角柱(prism)或是四面体(tetrahedron),如Figure8-1右边所示。当ANSYS在自动切割网格时，需要用到三角柱或四面体时会把某些节点重迭在一起。这个元素除了支持linearelasticity夕卜，还支持plasticity、creep等非线性材
6、料模式，及largedeflection.largestrain等儿何非线性功能；其它支持的功能包stressstiffening等。SOLID45虽然包含很多功能，但是因为其历史非常悠久，所以并未包含较新发展的理论，尤其是大变形理论及新的材料模式，所以ANSYS后來发展其它元素來改善这些缺失，这些较新的元素编号都是以18开头(例如SOLID45所相对应的SOLID185元索)，以后我们统称之为18XelementSo不过对线性分析或简单的非线性分析而言，用SOLID45或SOLID185,其结果应该是一致的。8.1.
7、2SOLID45输入数据MaterialProperties］SOLID45的输入数据可以整理成如Figure8-2的表。SOLID45不需输入任何realconstantsoMaterialproperties包括EX(Young'smodulus)、NUXY(Poisson'sratio)>GXY(shearmodulus)、ALPX(coefficientofthermalexpansion)>DENS(massdensity)、DAMP(damping)。注意,在Figure8-2中假设材料是等向性的,所以只列
8、出EX、NUXY、GXY、ALPX等材料性质。事实上SOLID45支持正交性材料［Sec.445］,你可以输入主方向(X、Y、Z方向)的材料性质，辔如EX、EY、E乙对于线性弹性材料而言，最多只要这些性质就够了。事实上依分析类别的不同，有些性质是不需输入的。对任何问题而言，EX、NUXY、GXY三者必须输入其中二者，第三者依Eq.
