单元详解——SOLID45
3-D结构实体单元
产品：MP ME ST<><>PR<><><>PP ED
SOLID45单元说明
solid45单元用于构造三维实体结构.单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.
单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变能力。有用于沙漏控制的缩减积分选项。有关该单元的细节参看ANSYS,理论参考中的SOLID45部分。类似的单元有适用于各向异性材料的solid64单元。Solid45单元的更高阶单元是solid95。
图45.1SOLID45几何描述
SOLID45输入数据
该单元的几何形状、结点位置、坐标系如图45.1:\"SOLID45几何描述\"所示。该单元可定义8个结点和正交各向异性材料。正交各向异性材料方向对应于单元坐标方向。单元坐标系方向参见坐标系部分。
单元荷载参见结点和单元荷载部分。压力可以作为表面荷载施加在单元各个
表面上，如图45.1:\"SOLID45几何描述\"所示。正压力指向单元内部。可以输入温度和流量作为单元节点处的体载荷。节点I处的温度T(I)默认为TUNIF。如果不给出其它节点处的温度，则默认等于T(I)。对于任何其它的输入方式，未给定的温度默认为TUNIF。对于流量的输入与此类似，只是默认值用零代替了TUNIF。
KEYOPT(1)用于指定包括或不包括附加的位移形函数。KEYOPT(5)和KEYOPT(6)提供不同的单元输出选项（参见单元输出部分）。
当KEYOPT(2)=1时，该单元也支持用于沙漏控制的均匀缩减（1点）积分。均匀缩减积分在进行非线性分析时有如下好处：
•相对于完全积分选项而言，单元刚度集成和应力（应变）计算需要更少的
CPU时间，而仍能获得足够精确的结果。
•当单元数量相同时，单元历史存储记录（.ESAV
和.OSAV）的长度约为完全积
分（2×2×2）的1/7。
•非线性分析的收敛性通常远比采用额外位移形状的完全积分要好；即，
KEYOPT(1)=0,KEYOPT(2)=0。
•分析结果不会受（由塑性或其它不可压缩材性引起的）体积锁死的影响。
采用均匀缩减积分有以下缺点：
•当采用相同网格进行弹性分析时，结果显然不如完全积分方法精确。 •采用单层单元时不能很好的得到结构的弯曲特性（例如，一根悬臂梁，受横
向集中力，采用单层单元）。建议采用4层单元。
当采用均匀缩减积分选项时（KEYOPT(2)=1–这和SOLID185用KEYOPT(2)=1是一样的），应对总能量(ETABLE命令，SENE标识符)和沙漏造成的伪能量(ETABLE命令，AENE标识符)进行比较以检查结果的精度。如果沙漏能与总能量之比小于5%，结果一般是可以接受的。如果该比值超过5%，则需细化网格。也可以在求解阶段用OUTPR,VENG命令控制总能量和沙漏能。更多说明见ANSYS理论手册。
可用ISTRESS或者ISFILE命令给单元施加初始应力状态。更多信息参见ANSYS
基础分析纸指南中的施加初始应力部分。你也可以用KEYOPT(9)=1来从用户子程序中读取初应力USTRESS。关于用户子程序的细节，参见《ANSYS UPF指南》。
在进行几何非线性分析时，可以使用SOLCONTROL,,,INCP命令来包含压力的
影响。在线性特征值屈曲分析中自动包括压力载荷刚度效应。如果需要非对称的压力载荷刚度效应矩阵，使用NROPT,UNSYM命令。
该单元的输入概要参见\"SOLID45输入数据摘要\".单元输入数据的一般性描述参见单元输入部分。
SOLID45单元输入数据摘要
节点
I，J，K，L，M，N，O，P 自由度 UX，UY，UZ 实常数
HGSTF－沙漏控制因子，仅当KEYOPT(2)=1时需要设置。 注：
有效值为任意正数，默认为1.0。建议值为1到10之间。 材料参数
EX,EY,EZ,PRXY,PRYZ,PRXZ(NUXY,NUYZ,NUXZ),ALPX,ALPY,ALPZ(
CTEX,CTEY,CTEZorTHSX,THSY,THSZ),DENS,GXY,GYZ,GXZ,DAMP
表面载荷 压力—
表面1（J-I-L-K），表面2（I-J-N-M），表面3（J-K-O-N），表面4（K-L-P-O）,表面5（L-I-M-P），表面6（M-N-O-P）
体载荷 温度—
T（I），T（J），T（K），T（L），T（M），T（N），T（O），T（P）； 流量—
FL（I），FL（J），FL（K），FL（L），FL（M），FL（N），FL（O）FL（P） 特殊功能 塑性
或或
蠕变 膨胀 应力刚化 大变形 大应变 单元死活 自适应下降 初始应力输入 KEYOPT(1)
0—包括附加的位移形函数 1—不包括附加的位移形函数 KEYOPT(2) 积分选项
0—依据KEYOPT(1)带或者不带附加位移形函数，执行完全积分
1—带砂漏控制的均匀缩减积分,不带附加的位移形函数(KEYOPT(1)自动设置为1)
KEYOPT(4) 单元坐标系
0—单元坐标系平行于整体坐标系 1—单元坐标系基于单元I－J边 KEYOPT(5) 额外单元输出 0——基本单元解
1——在所有积分点上重复基本解 2——节点应力解 KEYOPT(6) 额外表面输出 0—基本单元解
1—附带表面I-J-N-M的表面解
2—表面I-J-N-M和表面K-L-P-O的表面解(表面解只对线性材料可用) 3—附带每个积分点的非线性解 4—非零压力表面的表面解 KEYOPT(9)
初始应力子程序选项（仅适用于直接用KEYOPT命令输入时） 0—没有用户子程序提供初应力(默认)
1—从用户子程序USTRESS中读入初始应力数据(有关用户子程序参见《ANSYS UPF指南》)
SOLID45输出数据
与单元结果相联系的结果输出主要有两种方式： 节点位移和所有节点结果。
附加的单元输出，如表45.1:\"SOLID45单元输出定义\"所示。
图45.2:\"SOLID45应力输出\"显示了几项结果。单元应力方向平行于单元坐标系。表面应力输出在表面坐标系上，各面上的结果都可得到（KEYOPT(6)）。面IJNM和KLPO的坐标系如图45.1:\"SOLID45几何描述\"所示。其他的表面坐标系遵从类似的定位，即由受压面结点关系确定。表面应力输出仅当满足单元输出的条件时可用。一般性的描述参见结果输出。关于如何查看结果，参见ANSYS基础分析指南。
图45.2:\"SOLID45应力输出\"
(这里显示的应力方向相应于KEYOPT(4)=0)
当KEYOPT(2)=1（单元采用均匀缩减积分），单元积分点上所有的输出和完全积分方法的输出形式相同。为保证输出的一致性，在相同单元类型中完全积分方法的点号。
单元输出定义表使用如下标记:
在名称列中的冒号(：)表示该项可以用分量名方法[ETABLE, ESOL]处理；O列表示该项可用于Jobname.OUT文件；R列表示该项可用于结果文件。无论O列或R列，Y表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号\"-\"表示该项不可用。
表45.1 SOLID45单元的结果输出定义 名称 EI NODES MAT VOLU XC,YC,ZC PRES 定义 单元号 节点-I,J,K,L,M,N,O,P 材料编号 体积 结果输出位置 节点J,I,L,K的P2;JKON的P3;KLPO的P4;LIMP的P5;MNOP的P6 TEMP 温度 T(I) ,T(J),T(K),T(L),T(M),T(N),T(O),T(P) FLUEN 流量FL(I) FL(J) FL(K) FL(L) FL(M) FL(N) FL(O) FL(P) S:X,Y,Z,XY,YZ,XZ S;1,2,3 S:INT S:EQV EPEL:X,Y,Z,XY,Y主应力 应力强度 等效MISES应力 弹性应变 Y Y Y Y Y Y Y Y 应力 Y Y Y Y Y Y O Y Y Y Y Y Y R Y Y Y Y 3 Y
Z,XZ EPEL:1,2,3 EPEL:EQV EPTH:X,Y,Z,XY,YZ,XZ EPTH:EQV EPPL:X,Y,Z,XY,YZ,XZ EPPL:EQV EPCR:X,Y,Z,XY,YZ,XZ EPCR:EQV EPSW: NL:EPEQ NL:SRAT NL:SEPL 力 NL:HPRES FACE AREA TEMP EPEL PRESS S(X,Y,XY) 静水压力 表面lable 表面面积 表面平均温度 表面弹性应变(X,Y,XY) 表面压力 表面应力(X轴平行于定义该表面的前面两个结点连接) S(1,2,3) SINT SEQV LOCI:X,Y,Z
主弹性应变 等效弹性应变 平均热应变 Y Y 1 - Y 1 等效热应变 平均塑性应变 1 1 1 1 等效塑性应变 平均蠕变应变 1 1 1 1 等效蠕变应变 平均膨胀应变 平均等效塑性应变 屈服表面上的迹应力和应力之比 从应力-应变曲线平均等效mises应1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 表面主应力 表面应力强度 表面等效mises应力 积分点位置 2 2 2 - 2 2 2 Y
1仅当单元具有非线性材料时，有非线性解输出。 2表面输出(如果KEYPOINT(6)是1、2或者4)。 3用*GET可以获得质心位置的结果.。
4等效应变用一个等效泊松比来计算：对于弹性和热问题，这个值由(MP,PRXY)输入；对于塑性和蠕变问题，这个值取0.5
表45.2 SOLID45综合单元输出 描述 非线性积分点结果 积分点应力结果 结点应力结果 TEMP, S(X, Y, Z, XY, YZ, XZ), SINT, SEQV, EPEL 输出项名 EPPL, EPEQ, SRAT, SEPL, HPRES, EPCR, EPSW O1R-
TEMP, S(X, Y, Z, XY, YZ, XZ), SINT, SEQV, EPEL 2-
3-
1.若单元有非线性材料且KEYOPT(6)=3，在8个积分点处输出结果。 2.若KEYOPT(5)=1，在每个积分点输出结果。 3.若KEYOPT(5)=2，在每个结点输出结果。
表45.3\"SOLID45输出项和序列号\"列出了可以通过ETABLE命令，用序列号方法输出的内容列表。更多信息见\"ANSYS基本分析指南\"中一般后处理(POST1)部分和本手册中\"输出项和序列号表\"部分。在表45.3\"SOLID45输出项和序列号\"中使用如下标识符：
Name
与表45.1:\"SOLID45单元输出定义\"中相同定义的输出量； Item
用于ETABLE命令的预先定义的输出项； E
对于单值或常数型单元数据的序列号； I,J,…,P
节点I,J,...,P处数据的序列号；
表45.3SOLID45输出项和序列号
输出量名 ETABLE和ESOL命令输入 Item
I J K L M N O P
P1 P2 P3 P4 P5 P6 S:1 S:2 S:3 S:INT S:EQV FLUEN SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC 2 5 - - 18 - 1 2 3 4 5 41 1 6 9 - - - 6 7 8 9 10 42 4 - 10 13 - - 11 12 13 14 15 43 3 - - 14 17 - 16 17 18 19 20 44 - 8 - - 19 21 21 22 23 24 25 45 - 7 12 - - 22 26 27 28 29 30 46 - - 11 16 - 23 31 32 33 34 35 47 - - - 15 20 24 36 37 38 39 40 48 有关适用ETABLE命令的表面结果输出参见本手册的表面输出部分。
SOLID45假定和限制
•体积等于
0的单元是不允许的。
•单元结点编号可参照图45.1:\"SOLID45几何描述\"，面IJKL和MNOP也可互换。 •单元不能扭曲，这样单元就会有两个独立的体。这通常发生在当单元结点编
号不当时。
•所有单元都必须有
8个结点。
K和L、O和P来形成棱柱形单元（参见三角形、棱柱•可以通过定义重合的
形和四面体单元）。
•四面体形状也是允许的。对四面体单元，额外形状被自动删除。
SOLID45产品限制
对于以下产品，将在上述一般假设和限制的基础上再增加一定的限制：。
ANSYS Professional
•不允许有
DAMP材性。
•不能施加流量体荷载。
•唯一允许的特殊性能是应力钢化。 •KEYOPT(6)=3
不可用。
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