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PLANE2 單元說(shuō)明PLANE2 是一個(gè)6節(jié)點(diǎn)三角形單元，與 8 節(jié)點(diǎn)的PLANE82單元兼容。本單元具有一個(gè)二次的位移函數(shù)，可以較好地適應(yīng)不規(guī)則的模型網(wǎng)格 (比如由不同的 CAD/CAM系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型)。本單元有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有
PLANE2 單元說(shuō)明

PLANE2 是一個(gè)6節(jié)點(diǎn)三角形單元，與 8 節(jié)點(diǎn)的PLANE82單元兼容。本單元具有一個(gè)二次的位移函數(shù)，可以較好地適應(yīng)不規(guī)則的模型網(wǎng)格 (比如由不同的 CAD/CAM系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型)。

本單元有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 2 個(gè)自由度，分別為 x 和 y 方向的平移，既可用作平面單元 (平面應(yīng)力或平面應(yīng)變)，也可以用作軸對(duì)稱單元。本單元具有塑性、蠕變、輻射膨脹、CAE，有限元分析，應(yīng)力剛度、大變形以及大應(yīng)變的能力。關(guān)于本單元的更多細(xì)節(jié)見(jiàn) ANSYS 公司理論手冊(cè) 中的 PLANE2。

圖 2.1 PLANE2 單元幾何

PLANE2 輸入數(shù)據(jù)

在圖 2.1: "PLANE2 單元幾何" 中給出了 PLANE2 單元的幾何形狀，節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系。

除了節(jié)點(diǎn)外。單元輸入數(shù)據(jù)還包括一個(gè)厚度 (僅當(dāng) KEYOPT(3) = 3 時(shí)) 以及正交異性材料特性。正交異性材料的方向與單元坐標(biāo)系方向一致，單元坐標(biāo)系的方向在 "坐標(biāo)系" 中說(shuō)明。

單元載荷在 "節(jié)點(diǎn)和單元載荷" 中說(shuō)明。壓力可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如 圖 2.1: "PLANE2 單元幾何" 中帶圓圈數(shù)字所示。正壓力指向單元內(nèi)部。可以輸入溫度和流量作為單元節(jié)點(diǎn)處的體載荷。節(jié)點(diǎn) I 處的溫度 T(I) 默認(rèn)為 TUNIF。如果不給出其它節(jié)點(diǎn)處的溫度，則默認(rèn)等于 T(I)。如果給出了所有角節(jié)點(diǎn)的溫度，CAE，有限元分析，各中間節(jié)點(diǎn)的溫度默認(rèn)為其相鄰角節(jié)點(diǎn)溫度的平均值。對(duì)于任何其它的輸入方式，未給定的溫度默認(rèn)為 TUNIF。對(duì)于流量的輸入與此類似，只是默認(rèn)值用零代替了 TUNIF。

對(duì)平面問(wèn)題，除了 KEYOPT(3) = 3 的情況外，本單元如有節(jié)點(diǎn)力，應(yīng)輸入每單位厚度的力值；對(duì)軸對(duì)稱問(wèn)題應(yīng)輸入整個(gè)圓周 (360°) 的力值。

通過(guò) ISTRESS 或 ISFILE 命令可以對(duì)本單元施加初始應(yīng)力。進(jìn)一步的信息見(jiàn) "ANSYS 基本分析指南" 中的初始應(yīng)力載荷。另外，將 KEYOPT(9) 設(shè)置為 1，可以通過(guò)用戶子程序 USTRESS 來(lái)讀取初始應(yīng)力。關(guān)于用戶子程序的細(xì)節(jié)見(jiàn) "ANSYS 用戶程序特性指南"。

在進(jìn)行幾何非線性分析時(shí)，可以使用 SOLCONTROL,,,INCP 命令來(lái)包含壓力的影響。在線性特征值屈曲分析中自動(dòng)包括壓力載荷剛度效應(yīng)。如果需要非對(duì)稱的壓力載荷剛度效應(yīng)矩陣，使用 NROPT,UNSYM 命令。

在 "PLANE2 輸入?yún)R總"中給出了本單元輸入數(shù)據(jù)的一個(gè)匯總。在"單元輸入"中給出了本單元輸入數(shù)據(jù)的一般說(shuō)明。對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，見(jiàn) "軸對(duì)稱單元"。

PLANE2 輸入?yún)R總

節(jié)點(diǎn)：

I, J, K, L, M, N

自由度

UX, UY

實(shí)常數(shù)

如果 KEYOPT(3) = 0, 1, 或 2 - 無(wú)

如果 KEYOPT(3) = 3 - 輸入厚度 THK

材料特性

EX, EY, EZ, PRXY, PRYZ, PRXZ (或 NUXY, NUYZ, NUXZ),

ALPX, ALPY, ALPZ (或CTEX, CTEY, CTEZ或THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, DAMP

面載荷

壓力 -

邊 1 (J-I), 邊 2 (K-J), 邊 3 (L-K)

體載荷

溫度 -- T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N)

流量 -- FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N)

特定求解能力

塑性、蠕變、輻射膨脹、應(yīng)力剛度、大變形、大應(yīng)變、生死單元、自適應(yīng)下降、初應(yīng)力輸入

關(guān)鍵選項(xiàng)

KEYOPT(3) – 單元行為:

0 - 平面應(yīng)力

1 - 軸對(duì)稱

2 - 平面應(yīng)變 (Z 向應(yīng)變 = 0.0)

3 - 帶有厚度輸入的平面應(yīng)力

KEYOPT(5) - 額外應(yīng)力輸出

0 - 輸出基本單元解

1 - 輸出積分點(diǎn)應(yīng)力

2 - 輸出節(jié)點(diǎn)應(yīng)力

KEYOPT(6) - 額外表面結(jié)果輸出

0 - 輸出基本單元解

3 - 同時(shí)輸出各積分點(diǎn)處的非線性結(jié)果

4 - 對(duì)有非零壓力的各邊輸出表面結(jié)果

KEYOPT(9) - 初應(yīng)力子程序選項(xiàng) (只有直接輸入 KEYOPT 命令才可用)

0 - 不使用用戶子程序提供初應(yīng)力 (默認(rèn))

1 - 從用戶子程序 USTRESS 讀入初應(yīng)力數(shù)據(jù) (如何寫用戶子程序見(jiàn) ANSYS 用戶程序特性指南)

PLANE2 輸出數(shù)據(jù)

與單元有關(guān)的結(jié)果輸出有兩種形式：

·包括在整個(gè)節(jié)點(diǎn)解中的節(jié)點(diǎn)位移。

·附加的單元輸出，見(jiàn)表 2.1 "PLANE2 單元輸出定義"。

在圖 2.2 "PLANE2應(yīng)力輸出" 中顯示了幾個(gè)輸出項(xiàng)。單元應(yīng)力的方向平行于單元坐標(biāo)系。對(duì)于單元中任意具有非零壓力的邊，可以輸出表面應(yīng)力；表面應(yīng)力定義為平行或垂直于邊界線，例如 IJ 邊的表面應(yīng)力定義為平行和垂直 IJ 線，對(duì)于平面問(wèn)題沿 Z 軸方向，對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題沿環(huán)向。

在 "結(jié)果輸出" 中給出了對(duì)于結(jié)果輸出的一般說(shuō)明。查看的方法見(jiàn)"ANSYS 基本分析指南"。

圖 2.2 PLANE2 應(yīng)力輸出

單元輸出定義表使用如下標(biāo)記:

在名稱列中的冒號(hào) (：) 表示該項(xiàng)可以用分量名方法[ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項(xiàng)可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項(xiàng)可用于結(jié)果文件。無(wú)論 O列或 R 列，Y 表示該項(xiàng)總是可用的，數(shù)字表示表的一個(gè)注解,其中說(shuō)明了使用該項(xiàng)的條件；而減號(hào) "-" 表示該項(xiàng)不可用。

表 2.1 PLANE2 單元輸出定義

名稱

定 義

O

R

EL

單元號(hào)

Y

Y

NODES

單元角節(jié)點(diǎn) (I, J 和 K)

Y

Y

MAT

單元材料號(hào)

Y

Y

THICK

單元平均厚度

Y

Y

VOLU:

單元體積

Y

Y

XC,YC

結(jié)果輸出點(diǎn)位置

Y

3

PRES

壓力，P1 在節(jié)點(diǎn) J,I；P2 在 K,J；P3 在 L,K

Y

Y

TEMP

溫度 T(I),T(J),T(K),T(L),T(M),T(N)

Y

Y

FLUEN

流量 FL(I),FL(J),FL(K),FL(L),FL(M),FL(N)

Y

Y

S: X,Y,Z,XY

應(yīng)力 (對(duì)平面應(yīng)力單元 SZ = 0.0)

Y

Y

S: 1,2,3

主應(yīng)力

Y

-

S: INT

應(yīng)力強(qiáng)度

Y

-

S: EQV

當(dāng)量應(yīng)力

Y

Y

EPEL: X,Y,Z,XY

單元的彈性應(yīng)變

Y

Y

EPEL: 1,2,3

單元的彈性主應(yīng)變

Y

-

EPEL: EQV

單元的當(dāng)量彈性應(yīng)變 [4]

-

Y

EPTH: X,Y,Z,XY

單元的平均熱應(yīng)變

Y

Y

EPTH: EQV

單元的當(dāng)量熱應(yīng)變 [4]

-

Y

EPPL: X,Y,Z,XY

單元的塑性應(yīng)變

2

2

EPPL: EQV

單元的當(dāng)量塑性應(yīng)變 [4]

-

2

EPCR: X,Y,Z,XY

單元的蠕變應(yīng)變

2

2

EPCR: EQV

單元的當(dāng)量蠕變應(yīng)變 [4]

-

2

EPSW

單元的輻射膨脹應(yīng)變

2

2

NL: EPEQ

節(jié)點(diǎn)的當(dāng)量塑性應(yīng)變

2

2

NL: SRAT

節(jié)點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力與屈服面應(yīng)力之比

2

2

NL: SEPL

節(jié)點(diǎn)在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的當(dāng)量應(yīng)力

2

2

NL: HPRES

節(jié)點(diǎn)靜水壓力

-

2

FACE

側(cè)邊標(biāo)號(hào)

1

1

EPEL(PAR,PER,Z)

側(cè)邊彈性應(yīng)變(平行, 垂直, Z 向或環(huán)向)

1

1

TEMP

側(cè)邊平均溫度

1

1

S(PAR,PER,Z)

側(cè)邊應(yīng)力(平行, 垂直, Z 向或環(huán)向)

1

1

SINT

側(cè)邊應(yīng)力強(qiáng)度

1

1

SEQV

側(cè)邊當(dāng)量應(yīng)力

1

1

LOCI: X,Y,Z

積分點(diǎn)位置

-

Y

注解:

1 表面解輸出 (如果 KEYOPT(6) = 4 且對(duì)于非零壓力邊界)。

2 非線性結(jié)果, 只有在單元為非線性材料特性時(shí)才輸出。

3 僅用作 *GET 命令的輸出項(xiàng)，給出單元中心處結(jié)果。

4 當(dāng)量應(yīng)變使用有效泊松比：對(duì)于彈性和熱問(wèn)題，該值由用戶給出 (MP,PRXY 命令)；對(duì)于塑性和蠕變問(wèn)題，該值設(shè)為 0.5。

表 2.2 PLANE2 其它單元輸出

說(shuō)明

輸出項(xiàng)名稱

O

R

積分點(diǎn)非線性結(jié)果

E
積分點(diǎn)應(yīng)力

LOCATION, TEMP, SINT, SEQV, EPEL, S

節(jié)點(diǎn)應(yīng)力

LOCATION, TEMP, S, SINT, SEQV

注解

1當(dāng)單元材料為非線性且 KEYOPT(6) = 3 時(shí)在各積分點(diǎn)處輸出；

2當(dāng) KEYOPT(5) = 1時(shí)在各積分點(diǎn)處輸出；

3當(dāng) KEYOPT(5) = 2時(shí)在各角點(diǎn)處輸出；

表 2.3: "PLANE2 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 列出了可以通過(guò) ETABLE 命令,采用序列號(hào)方法輸出的內(nèi)容列表。更多信息見(jiàn)"ANSYS 基本分析指南" 中關(guān)于一般后處理 (POST1) 部分和本手冊(cè)中關(guān)于"輸出項(xiàng)和序列號(hào)表"部分。在表 2.3: "PLANE2 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 中使用以下標(biāo)記：

NAME

與表 2.1: "PLANE2 單元輸出定義" 中相同定義的輸出量；

ITEM

用于 ETABLE 命令的預(yù)先定義的輸出項(xiàng)；

E

對(duì)于單值或常數(shù)型單元數(shù)據(jù)的序列號(hào)；

I,J,K,L,M,N

節(jié)點(diǎn)I,J,K,L,M,N 處數(shù)據(jù)的序列號(hào)；

表 2.3 PLANE2輸出項(xiàng)和序列號(hào)

輸出量

名稱

ETABLE 和 ESOL 命令輸入

Item

E

I

J

K

L

M

N

P1

SMISC

P2

SMISC

P3

SMISC

使用 ETABLE 命令的表面解的輸出項(xiàng)和序列號(hào)見(jiàn)本手冊(cè)中的 表面解。

PLANE2 假設(shè)和限制

·單元的面積必須大于零。

·對(duì)軸對(duì)稱分析，PLANE2單元必須位于總體坐標(biāo)的X-Y 平面中，Y 軸必須是對(duì)稱軸，如 圖 2.1 "PLANE2 單元幾何" 所示；軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)建模必須滿足 X≥0 。

·刪除一條邊上的中間節(jié)點(diǎn)，則意味著沿該邊的位移變化為線性的，而不再是拋物線的。關(guān)于使用有中間節(jié)點(diǎn)的單元的更多信息參見(jiàn) "ANSYS 建模和分網(wǎng)指南"中的"二次單元 (中間節(jié)點(diǎn))"。

·只有在滿足單元解部分所說(shuō)明的條件時(shí)，表面應(yīng)力輸出才是有效的。

PLANE2 產(chǎn)品限制

對(duì)于以下產(chǎn)品，本單元在上述一般假設(shè)和限制的基礎(chǔ)上再增加一定的限制：

ANSYS Professional:

·材料的阻尼 (DAMP) 特性不能用；

·流體體載荷不能用；

·特定功能中只有應(yīng)力剛度可以使用;

·KEYOPT(6) = 3 不能用。