ANSYS 生死单元的总结

参考了ANSYS的help文件，ANSYS的培训文件，崔家春关于生死单元的总结, 还有很多不足，欢迎大家补充，以及提出错误---钢构-明科总结 在ANSYS中，单元的生死功能被称为单元非线性，是指一些单元在状态改变时表现出的刚度突变行为。

1)单元生死的原理：

1. 在ANSYS中，单元的生死功能是通过修改单元刚度的方式实现的。单元被“杀死”时, 它不是从刚度矩阵删除了, 而是它的刚度降为一个低值。杀死的单元的刚度乘以一个极小的减缩系数(缺省为 1e-6)。为了防止矩阵奇异, 该刚度不设置为0。

2. 与杀死的单元有关的单元载荷矢量(如压力、温度)是零输出 3. 对于杀死的单元, 质量、阻尼和应力刚度矩阵设置为 0。 4. 单元一被杀死, 单元应力和应变就被重置为0

5. 因为杀死的单元没有被删除, 所以刚度矩阵尺寸总是保持着

1. 与之相似，当单元“活”的时候，也是通过修改刚度系数的方式实现的。所有的单元, 包括开始被杀死的, 在求解前必须存在，这是因为在分析过程中刚度矩阵的尺寸不能改变, 所以，被激活的单元在建模时就必须建立，否则无法实现杀死与激活。

2. 当单元被重新激活时，它的刚度、质量与荷载等参数被返回到真实状态。 3. 当大变形效应打开时（NLGEOM,ON），为了与当前的节点位置相适应，单元被激活后，其形状会被改变（拉长或压短）。当不使用大变形效应时，单元将在原始位置被激活。

4. 当单元“激活”后, 它们没有任何应变历史记录，它们通过生和死操作被“退火”，生的时候所有应力和所有应变等于零。

2) 单元生死求解过程：

1 建模，对将要进行杀死或激活的单元进行分组。这点非常重要，将会影响后续工作的效率。

2 定义第一个荷载步。在第一个荷载步中，必须选择分析类型和适当的分析选项。通常情况下，应该打开大应变效应，而且当要使用单元死活行为时，必须在第一个荷载步中明确设置Newton-Raphson选项。若不存在其它非线性, 应明确指定完全 Newton-Raphson 选项。为 “Newton-Raphson option” 指定 “Full N-R” (NROPT,FULL)。对所有的死活应用, 因为在后面的载荷步中程序不能预测 EKILL 命令的存在, 所以若不存在其它非线性, 则务必在第一个载荷步明确设置 Newton-Raphson 选项。

3 其余荷载步。在接下来的荷载步中，可以按照设计好的流程，将单元杀死或激活。

4 查看结果。与常规计算类似。

3) 使用生死单元的注意事项：

1 约束方程不能施加在死的自由度上；

2 程序默认的单元刚度系数不一定适用，可根据实际问题进行调整； 3 在非线性分析中，注意不要让单元的死活导致奇异点的出现，这样会导致不收敛；

4 打开自适应Newton-Raphson选择通常会得到更好的结果；

5 可以通过计算结果来判断单元是否应该被杀死和激活，比如轴力、应变等； 6 当有单元死活行为时，LSWRITE不能使用；

4） 对于外加载荷的应特别注意事项: 1. 对于杀死的单元,

单元载荷矢量(压力、温度)自动置零。 2. 质量被置零,

所以加速度载荷也不影响杀死的单元。

3. 集中节点力不能自动 从杀死单元的自由度中删除，用户必须手动删除杀死节点的集中载荷。类似地, 当单元重新激活时, 这些节点载荷必须重新施加。 4. 对于重新激活单元，所有单元和惯性载荷(压力、温度和加速度)被恢复 ，节点力, 如上所述, 不受单元死活的影响。

5. 重新激活的单元没有应变记录（也无热量在存储等），但是，初应变以实常数形式输入的（如link1单元）不受单元生死选项影响。

5）边界条件的提示: 1. 当杀死单元被重新激活时, 若想保持单元的形状，则约束杀死单元的节点可能是重要的，重新激活单元时，务必删除这些人为的约束。

2. 不与任何单元连接的节点会“漂移”，有些情况下, 可能想约束杀死的自由度, 以减少要求解的方程数目或避免病态(前已述及缩减系数 ESTIF 在刚度矩阵中产生较小量, 可能引起病态)。

3. 注意约束方程(CE or CEINTF) 不能用于杀死的自由度。

6） 求解选项提示 1. LSWRITE和 LSSOLVE 命令不能用于死活选项，需要使用一系列明确的 SOLVE 命令来进行多载荷步求解。

2. 自适应下降可以用于单元死活, 且通常提供好的结果。 3. 通过杀死然后重新激活单元可模拟应力释放操作 (如退火)。

7） 获得收敛的提示: 1. 非线性分析中, 在杀死或重新激活单元时注意不要产生奇异点 (例如结构分析中尖锐的内曲角) 或大的刚度突变，这种情形很可能引起收敛困难。 2. 杀死和重新激活单元引起系统刚度的突变(阶跃改变)，因此, 若这些改变太剧烈，则可能发生收敛困难。若出现收敛困难，则需要限制给定载荷步的杀死或激活的单元数。

8） 单元死活的备选方案: 1. 若需保持杀死单元的应变历史,

可在求解器中通过改变材料属性来杀死单元。

? Solution > Load Step Opts > Other > Change Mat Props

2. 然而, 该选项不删除单元力、应变、质量、比热等，求解中草率使用材料属性的改变会导致收敛问题，例如, 若一个单元刚度降为 0, 但保留它的质量, 则加速度载荷会导致奇异。

9） 用到的命令：

EKILL, ELEM：杀死单元，ELEM可以是ALL（所有已选单元）、P（点取）、单元组名；

EALIVE, ELEM：激活单元，ELEM可以是ALL（所有已选单元）、P（点取）、单元组名；

ESTIF, KMULT：设置单元刚度系数，默认为1.0E-6。