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PLANE2 單元說明PLANE2 是一個6節點三角形單元，與 8 節點的PLANE82單元兼容。本單元具有一個二次的位移函數，可以較好地適應不規則的模型網格 (比如由不同的 CAD/CAM系統所產生的模型)。本單元有6個節點，每個節點有
PLANE2 單元說明

PLANE2 是一個6節點三角形單元，與 8 節點的PLANE82單元兼容。本單元具有一個二次的位移函數，可以較好地適應不規則的模型網格 (比如由不同的 CAD/CAM系統所產生的模型)。

本單元有6個節點，每個節點有 2 個自由度，分別為 x 和 y 方向的平移，既可用作平面單元 (平面應力或平面應變)，也可以用作軸對稱單元。本單元具有塑性、蠕變、輻射膨脹、CAE，有限元分析，應力剛度、大變形以及大應變的能力。關于本單元的更多細節見 ANSYS 公司理論手冊 中的 PLANE2。

圖 2.1 PLANE2 單元幾何

PLANE2 輸入數據

在圖 2.1: "PLANE2 單元幾何" 中給出了 PLANE2 單元的幾何形狀，節點位置和坐標系。

除了節點外。單元輸入數據還包括一個厚度 (僅當 KEYOPT(3) = 3 時) 以及正交異性材料特性。正交異性材料的方向與單元坐標系方向一致，單元坐標系的方向在 "坐標系" 中說明。

單元載荷在 "節點和單元載荷" 中說明。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" 中帶圓圈數字所示。正壓力指向單元內部。可以輸入溫度和流量作為單元節點處的體載荷。節點 I 處的溫度 T(I) 默認為 TUNIF。如果不給出其它節點處的溫度，則默認等于 T(I)。如果給出了所有角節點的溫度，CAE，有限元分析，各中間節點的溫度默認為其相鄰角節點溫度的平均值。對于任何其它的輸入方式，未給定的溫度默認為 TUNIF。對于流量的輸入與此類似，只是默認值用零代替了 TUNIF。

對平面問題，除了 KEYOPT(3) = 3 的情況外，本單元如有節點力，應輸入每單位厚度的力值；對軸對稱問題應輸入整個圓周 (360°) 的力值。

通過 ISTRESS 或 ISFILE 命令可以對本單元施加初始應力。進一步的信息見 "ANSYS 基本分析指南" 中的初始應力載荷。另外，將 KEYOPT(9) 設置為 1，可以通過用戶子程序 USTRESS 來讀取初始應力。關于用戶子程序的細節見 "ANSYS 用戶程序特性指南"。

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

在 "PLANE2 輸入匯總"中給出了本單元輸入數據的一個匯總。在"單元輸入"中給出了本單元輸入數據的一般說明。對于軸對稱問題，見 "軸對稱單元"。

PLANE2 輸入匯總

節點：

I, J, K, L, M, N

自由度

UX, UY

實常數

如果 KEYOPT(3) = 0, 1, 或 2 - 無

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、應力剛度、大變形、大應變、生死單元、自適應下降、初應力輸入

關鍵選項

KEYOPT(3) – 單元行為:

0 - 平面應力

1 - 軸對稱

2 - 平面應變 (Z 向應變 = 0.0)

3 - 帶有厚度輸入的平面應力

KEYOPT(5) - 額外應力輸出

0 - 輸出基本單元解

1 - 輸出積分點應力

2 - 輸出節點應力

KEYOPT(6) - 額外表面結果輸出

0 - 輸出基本單元解

3 - 同時輸出各積分點處的非線性結果

4 - 對有非零壓力的各邊輸出表面結果

KEYOPT(9) - 初應力子程序選項 (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力 (默認)

1 - 從用戶子程序 USTRESS 讀入初應力數據 (如何寫用戶子程序見 ANSYS 用戶程序特性指南)

PLANE2 輸出數據

與單元有關的結果輸出有兩種形式：

·包括在整個節點解中的節點位移。

·附加的單元輸出，見表 2.1 "PLANE2 單元輸出定義"。

在圖 2.2 "PLANE2應力輸出" 中顯示了幾個輸出項。單元應力的方向平行于單元坐標系。對于單元中任意具有非零壓力的邊，可以輸出表面應力；表面應力定義為平行或垂直于邊界線，例如 IJ 邊的表面應力定義為平行和垂直 IJ 線，對于平面問題沿 Z 軸方向，對于軸對稱問題沿環向。

在 "結果輸出" 中給出了對于結果輸出的一般說明。查看的方法見"ANSYS 基本分析指南"。

圖 2.2 PLANE2 應力輸出

單元輸出定義表使用如下標記:

在名稱列中的冒號 (：) 表示該項可以用分量名方法[ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項可用于結果文件。無論 O列或 R 列，Y 表示該項總是可用的，數字表示表的一個注解,其中說明了使用該項的條件；而減號 "-" 表示該項不可用。

表 2.1 PLANE2 單元輸出定義

名稱

定 義

O

R

EL

單元號

Y

Y

NODES

單元角節點 (I, J 和 K)

Y

Y

MAT

單元材料號

Y

Y

THICK

單元平均厚度

Y

Y

VOLU:

單元體積

Y

Y

XC,YC

結果輸出點位置

Y

3

PRES

壓力，P1 在節點 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

應力 (對平面應力單元 SZ = 0.0)

Y

Y

S: 1,2,3

主應力

Y

-

S: INT

應力強度

Y

-

S: EQV

當量應力

Y

Y

EPEL: X,Y,Z,XY

單元的彈性應變

Y

Y

EPEL: 1,2,3

單元的彈性主應變

Y

-

EPEL: EQV

單元的當量彈性應變 [4]

-

Y

EPTH: X,Y,Z,XY

單元的平均熱應變

Y

Y

EPTH: EQV

單元的當量熱應變 [4]

-

Y

EPPL: X,Y,Z,XY

單元的塑性應變

2

2

EPPL: EQV

單元的當量塑性應變 [4]

-

2

EPCR: X,Y,Z,XY

單元的蠕變應變

2

2

EPCR: EQV

單元的當量蠕變應變 [4]

-

2

EPSW

單元的輻射膨脹應變

2

2

NL: EPEQ

節點的當量塑性應變

2

2

NL: SRAT

節點的真實應力與屈服面應力之比

2

2

NL: SEPL

節點在應力-應變曲線上的當量應力

2

2

NL: HPRES

節點靜水壓力

-

2

FACE

側邊標號

1

1

EPEL(PAR,PER,Z)

側邊彈性應變(平行, 垂直, Z 向或環向)

1

1

TEMP

側邊平均溫度

1

1

S(PAR,PER,Z)

側邊應力(平行, 垂直, Z 向或環向)

1

1

SINT

側邊應力強度

1

1

SEQV

側邊當量應力

1

1

LOCI: X,Y,Z

積分點位置

-

Y

注解:

1 表面解輸出 (如果 KEYOPT(6) = 4 且對于非零壓力邊界)。

2 非線性結果, 只有在單元為非線性材料特性時才輸出。

3 僅用作 *GET 命令的輸出項，給出單元中心處結果。

4 當量應變使用有效泊松比：對于彈性和熱問題，該值由用戶給出 (MP,PRXY 命令)；對于塑性和蠕變問題，該值設為 0.5。

表 2.2 PLANE2 其它單元輸出

說明

輸出項名稱

O

R

積分點非線性結果

E
積分點應力

LOCATION, TEMP, SINT, SEQV, EPEL, S

節點應力

LOCATION, TEMP, S, SINT, SEQV

注解

1當單元材料為非線性且 KEYOPT(6) = 3 時在各積分點處輸出；

2當 KEYOPT(5) = 1時在各積分點處輸出；

3當 KEYOPT(5) = 2時在各角點處輸出；

表 2.3: "PLANE2 輸出項和序列號" 列出了可以通過 ETABLE 命令,采用序列號方法輸出的內容列表。更多信息見"ANSYS 基本分析指南" 中關于一般后處理 (POST1) 部分和本手冊中關于"輸出項和序列號表"部分。在表 2.3: "PLANE2 輸出項和序列號" 中使用以下標記：

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 命令的預先定義的輸出項；

E

對于單值或常數型單元數據的序列號；

I,J,K,L,M,N

節點I,J,K,L,M,N 處數據的序列號；

表 2.3 PLANE2輸出項和序列號

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和序列號見本手冊中的 表面解。

PLANE2 假設和限制

·單元的面積必須大于零。

·對軸對稱分析，PLANE2單元必須位于總體坐標的X-Y 平面中，Y 軸必須是對稱軸，如 圖 2.1 "PLANE2 單元幾何" 所示；軸對稱結構建模必須滿足 X≥0 。

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

·只有在滿足單元解部分所說明的條件時，表面應力輸出才是有效的。

PLANE2 產品限制

對于以下產品，本單元在上述一般假設和限制的基礎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；

·特定功能中只有應力剛度可以使用;

·KEYOPT(6) = 3 不能用。