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Solid5單元說明 Solid5 具有三維磁場，熱場，電場，壓電場和結構場分析能力，并能在各場之間實現有限的耦合。本單元有8個節點，每個節點多有6個自由度。在靜態分析中為了建立靜磁場模型我們可以較容易得到標量電壓公式（包括簡化
Solid5單元說明

Solid5 具有三維磁場，熱場，電場，壓電場和結構場分析能力，并能在各場之間實現有限的耦合。本單元有8個節點，每個節點多有6個自由度。在靜態分析中為了建立靜磁場模型我們可以較容易得到標量電壓公式（包括簡化RSP，微分DSP，CAE，有限元分析，或者綜合GSP）。關于這個單元參看ANSYS理論手冊14.5節。具有相似場性能的耦合場單元有PLANE13，SOLID62，SOLID98。

圖1 SOLID5 三維耦合場體單元

輸入數據

在圖1中給出了這個單元幾何形狀，節點位置和坐標系統。這個單元具有8個節點和材料屬性。單位（MKS或者用戶自己定義）通過EMUNIT命令來指定。EMUNIT也用來定義MUZERO的值。EMUNIT缺省值就是國際單位制而MUZERO=4π×10-7 亨/米。除MUZERO之外，CAE，有限元分析，通過材料特性表中的MURX，MURY，MURZ來定義正交各向異性的相對導磁率。

MGXX，MGYY，MGZZ代表永磁材料矯頑力的矢量分量。矯頑力的大小是其各個分量的平方和的平方根。極化方向由分量MGXX，MGYY，MGZZ確定。永久磁極的極化方向以及正交各向異性材料的方向和單元坐標方向一致。單元坐標系統的定位參見坐標系統。非線性磁特性，壓電特性和各向異性彈性特性用TB命令輸入，參見數據表--------隱含分析。非線性正交各向異性磁特性可以通過B-H曲線和線性相關導磁率的結合來確定。這個B-H曲線用在各單元坐標方向上，相對導磁率將被指定為零。每種材料只能設置一個B-H曲線。

本單元可以組合使用不同的節點載荷（取決于KEYOPT（1）的值）。節點載荷用D和F命令定義。對D命令，Lab變量為自由度（UX，UY，UZ，TEMP，VOLT，MAG），VALUE為相應的數值（位移，溫度，電壓，梯狀磁勢能）。對F命令，Lab變量為力（F_HEAT，AMPS，FLUX），VALUE為相應的數值（力，熱流量，電流或電荷，磁通量）。

單元載荷在 節點和單元載荷 中說明。表面載荷，壓力，對流熱，熱流量和麥克斯韋力標記可以在單元邊界面上通過SF和SFE命令輸入，如圖SOLID5單元幾何中帶圓圈數字所示。正壓力指向單元內部。需要計算磁力的表面，可以在該面上使用無數值參數的面載荷命令MXWF做標記。為了得到磁力我們可計算這些面上的麥克斯韋爾應力張量。這些力在求解時可作為載荷施加到結構上。表面標記應該施加到需計算力的體相鄰的空氣單元上。刪除指定的MXWF就能夠取消標記了。

體載荷，溫度，發熱率和磁虛位移可以輸入其在單元結點處的值或單一的單元值BF和BFE。當溫度自由度被激活時（KEYOPT（1）=0，1或8）就可以忽略上面提到的應用在體上的溫度值（BF，BFE）。一般情況下，未指定的節點溫度和生熱率都默認為由命令BFUNIF或TUNIF指定的值。計算出來的焦耳熱值可以作為發熱率應用在后面的迭代中。

如果存在溫度自由度，計算得到的溫度將替換任何輸入的節點溫度。

對于需要計算局部雅克比力的空氣單元，可以通過使用BF命令中MVDI標識符的節點值取0或1來確定。詳見ANSYS電磁場分析指南。求解時這些力不施加到結構上。

梯狀磁勢能電流選向可以由SOURC36單元的宏命令RACE來定義，或者通過電磁耦合來定義。不同類型梯狀磁勢能求解選向可以由MAGOPT命令來定義。

SOLID5輸入匯總

單元名稱

SOLID5

節點：I,J,K,L,M,N,O,P

自由度：

若KEYOPT（1）=0： UX,UY,UZ,TEMP,VOLT

若KEYOPT（1）=1： TEMP,VOLT

若KEYOPT（1）=2： UX,UY,UZ

若KEYOPT（1）=3： UX,UY,UZ,VOLT

若KEYOPT（1）=8： TEMP

若KEYOPT（1）=9： VOLT

若KEYOPT（1）=10： MAG

實參數：無

材料特性：EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ 或 NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ, DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP, KXX, KYY, KZZ, C, ENTH, MUZERO, MURX, MURY, MURZ, RSVX, RSVY, RSVZ, MGXX, MGYY, MGZZ, PERX, PERY, PERZ, 加上 BH, ANEL, 和 PIEZ 數據表（見ANSYS幫助中的數據表—隱式分析）。

面載荷

壓力

面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)

對流

面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)

熱流密度

面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)

麥克斯韋面標記

面1 (J-I-L-K)， 面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)， 面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)， 面6 (M-N-O-P)

體載荷

溫度： T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)

生熱率： HG (I), HG (J), HG (K), HG (L), HG (M), HG (N), HG (O), HG (P)

磁虛位移： VD (I), VD (J), VD (K), VD (L), VD (M), VD (N), VD (O), VD (P)

特殊特性

對于耦合場需要進行迭代計算(位移、溫度、電、磁，但不包括壓電)；應力剛度；生死單元；自適應下降。

KEYOPT(1) 用于自由度選取（見上面所述）

KEYOPT(3) 0---包括額外的形狀

1---不包括額外的形狀

KEYOPT(5) 0---基本單元輸出

2---節點應力或磁場輸出

輸出數據

與單元有關的結果輸出有兩種形式：

1 包括在整個節點解中的節點自由度。

2 附加的單元輸出，見表SOLID5單元輸出定義。

在圖中顯示了幾個輸出項。單元應力方向和單元坐標系統平行。節點的支反力，熱流密度，電流和磁通量可以用OUTPR命令打印出來。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 SOLID5單元輸出

單元輸出定義表使用如下標記：

在名稱列表中的冒號表示該項可以用分量名方法ETABLE，ESOL處理；0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0或R列，Y表示該項總是可用的，一個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1 SOLID5單元輸出定義

名稱

定 義

O

R

EL

單元號

Y

Y

NODES

節點- I, J, K, L, M, N, O, P

Y

Y

MAT

材料號

Y

Y

VOLU：

體積

Y

Y

XC, YC，ZC

結果輸出點位置

Y

3

PRES

P1 在節點 J, I，L，K; P2 在 I，J，N，M; P3 在 J，K，O，N; P4 在 K, L，P，O; P5在L，I，M，P; P6在M，N，O，P

Y

Y

TEMP

輸入溫度 T(I), T(J), T(K), T(L)，T(M), T(N), T(O), T(P)

Y

Y

HGEN

輸入的生熱率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)， HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

Y

Y

S:INT

應力強度

1

1

S:EQV

當量應力

1

1

EPEL:X, Y, Z, XY，YZ，XZ

彈性應變

1

1

EPEL:1, 2, 3

彈性主應變

1

1

S:X, Y, Z, XY，YZ，XZ

應力分量

1

1

S:1, 2, 3

主應力

1

1

LOC

輸出位置 (X, Y，Z)

1

-

MUX, MUY，MUZ

導磁率

1

1

H:X, Y，Z

磁場強度分量

1

1

H:SUM

H 矢量的大小

1

1

B:X, Y，Z

磁流密度分量

1

1

B:SUM

B矢量的大小

1

1

FJB

Lorentz 磁力分量(X，Y，Z)

1

--

FMX

Maxwell 磁力分量(X，Y，Z)

1

--

FVW

虛功力分量(X，Y，Z)

1

1

FMAG:X, Y，Z

組合 (FJB 和 FMX) 力分量

--

1

EF:X, Y，Z

電場分量 (X, Y，Z)

1

1

EF:SUM

EF 矢量的大小

1

1

JS:X，Y，Z

源電流密度分量

1

1

JSSUM

JS矢量的大小

1

1

JHEAT

每單位體積產生的焦爾熱

1

1

D:X，Y，Z

電流密度分量(X，Y，Z)

1

1

D:SUM

D矢量的大小

1

1

UE，UD，UM

電 (UE), 電介質 (UD) 和機電耦合 (UM)

1

1

TG:X，Y，Z

熱梯度分量

1

1

TG:SUM

TG矢量的大小

1

1

TF:X，Y，Z

熱流率分量

1

1

TF:SUM

TF矢量的大小（熱流率/單位截面積）

1

1

FACE

面標記

2

2

AREA

側面面積

2

2

NODES

側面節點號

2

-

HFILM

側面各節點處的膜系數

2

-

TBULK

側面各節點處的介質溫度

2

-

TAVG

側面的平均溫度

2

2

HEAT RATE

由對流換熱引起的邊界的熱流率

2

2

HEAT RATE/AREA

由對流熱引起的每單位面積的熱流率

2

-

HFLUX

側面各節點處的熱流密度

2

-

HFAVG

側面的平均膜系數

2

2

TBAVG

側面的平均介質溫度

-

2

HFLXAVG

由輸入熱流引起的邊界每單位面積的熱流率

-

2

1 只輸出質心處的單元解（以輸入數據為基礎）

2 只有KEYOPT(5)=2時才計算節點應力和磁場。只有輸入面載荷的時候才在每個節點重復求解結果。

3只有在單元中心，作為 *GET 項時可用。

4當量應變使用有效泊松比：對于彈性和熱分析，由用戶輸入 (MP,PRXY)。

表5.2 “SOLID5 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。在表“SOLID5 輸出項和序列號”中使用如下標識符：

Name

與表5.1 “SOLID5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,,,P

節點I,J,,,P處數據的序列號；

FCn

單元第N條邊輸出項的序列號。

表5.2 SOLDI5輸出項和序列號