SOLID65單元描述：SOLID65單元用于含鋼筋或不含鋼筋的三維實體模型。該實體模型可具有拉裂與壓碎的性能。在混凝土的應用方面，如用單元的實體性能來模擬混凝土，而用加筋性能來模擬鋼筋的作用。當然該單元也可用于其它方面，如加筋復合材料（如
SOLID65單元描述：
SOLID65單元用于含鋼筋或不含鋼筋的三維實體模型。該實體模型可具有拉裂與壓碎的性能。在混凝土的應用方面，如用單元的實體性能來模擬混凝土，而用加筋性能來模擬鋼筋的作用。當然該單元也可用于其它方面，如加筋復合材料（如玻璃纖維）及地質材料（如巖石）。該單元具有八個節點，CAE，有限元分析每個節點有三個自由度，即x,y,z三個方向的線位移；還可對三個方向的含筋情況進行定義。
本單元與SOLID45單元（三維結構實體單元）的相似，只是增加了描述開裂與壓碎的性能。本單元重要的方面在于其對材料非線性的處理。其可模擬混凝土的開裂（三個正交方向）、壓碎、CAE，有限元分析塑性變形及徐變，還可模擬鋼筋的拉伸、壓縮、塑性變形及蠕變，但不能模擬鋼筋的剪切性能。有關SOLID65單元的更細節的描述請參見《ANSYS理論手冊》。
SOLID65的幾何模型圖
SOLID65輸入數據：
關于單元幾何圖形、節點位置、單元坐標系請見上圖。單元性質為八節點各向同性材料，單元包括一種實體材料和三種鋼筋材料，用命令MAT輸入對混凝土材料的定義，CAE，有限元分析而有關鋼筋的細則需在實常數中定義，包括材料號、體積率、方向角(THETA, PHI)，鋼筋的方向角可通過命令/Eshape以圖示方式校驗。
體積率是指鋼筋的體積與整個單元體積的比，鋼筋的方向通過單元坐標系中的兩個角度（度制）來定義。當鋼筋的材料號為0或等于單元的材料號時則不考慮它的作用。
另外，有關混凝土的材料定義，如剪切傳遞系數，拉應力，壓應力都應在數據表中給出，詳細描述見表“SOLID65混凝土材料數據表”。通常剪力傳遞系數為0～1.0，0表示平滑的裂縫（完全喪失剪力傳遞作用），1表示粗糙的裂縫（幾乎沒有失去剪力傳遞作用）。這就有利于對裂縫開裂與閉合進行描述。
有關單元荷載的描述見“節點單元荷載”（ANSYS幫助中專有一節）。壓力作為面荷載作用在單元表面如“SOLID65的幾何模型圖”中帶圈數字所示。主動力作用在單元內。溫度和影響（fluences一詞不知如何譯好）可在節點上作為單元體荷載輸入。節點I的溫度T（I）默認為TUNIF，如其它節點溫度沒有被指定，則它們默認為T（I）。對于其它的輸入模型未指定溫度時默認值都為TUNIF。對影響（fluence）的設定除用0取代TUNIF外與溫度的設定是相同的。
用命令TREF和BETAD分別用來設定整體的基準溫度和阻尼值。用MAT命令指定與單元相關的基準溫度值（MP，REFT）或阻尼值（MP，DAMP），但不能對鋼筋的材料號進行以上定義。
KEYOPT（1）用于設定是否考慮大變形，KEYOPT（5）和KEYOPT（6）則提供是多種單元輸出選項（詳見單元解答）。
KEYOPT(7)是與是否考慮應力松弛相關的項，當KEYOPT＝1時表示考慮，目的是加速裂縫即將開裂時計算的收斂（在混凝土材料數據表的第9個系數中的輸入值即為拉伸應力松弛的折減系數）。應力松弛并不能反應因為次生裂縫的產生而引起的應力應變關系的變化。松弛系數在裂縫處為零，因此，相應的開裂面上的剛度也是零。
在幾何非線性分析時可用“SOLCONTROL,,,INCP”命令設定考慮抗壓剛度的影響。抗壓剛度的影響在線性屈曲分析中會被自動考慮。
SOLD65單元輸入總結：
節點：
I,J,K,L,M,N,O,P
自由度：
UX,UY,UZ
實常數：
MAT1, VR1, THETA1, PHI1, MAT2, VR2,
THETA2, PHI2, MAT3, VR3, THETA3, PHI3
(這里的 MATn 是材料號, VRn 是體積率, 而THETAn 和 PHIn 方向角，代表了三種鋼筋材料。)
材料性質：
EX, ALPX, PRXY or NUXY, DENS (用于混凝土)
EX, ALPX, DENS (用于每種鋼筋)
還可通過MAT命令設定阻尼與基準溫度。
表面荷載：
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）
體荷載：
溫度―――
T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)
影響（Fluences）--
FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N), FL(O), FL(P)
特性：
Plasticity（塑性）
Creep（蠕變\徐變）
Cracking（開裂）
Crushing（壓碎）
Large deflection（大變形）
Large strain（大應變）
Stress stiffening（應力強化）
Birth and death （生死）（單元生死？）
Adaptive descent
KEYOPT(1) 大變形控制:
0 --
考慮大變形
1 --
不考慮
KEYOPT(5) 混凝土線性解的輸出控制:
0 --
只打印質心的線性解
1 --
給出每個積分點的解
2 --
輸出節點應力
KEYOPT(6) 混凝土非線性解輸出控制:
0 --
只打印質心的線性解
3 --
同時還給出積分點的解
KEYOPT(7) 開裂后應力松馳考慮選項:
0 --
不考慮拉伸應力松馳
1 --
考慮應力松馳，有助于計算收斂
SOLID65單元信息：
列在“SOLID65混凝土材料數據表”中的數據項是通過TB命令來建立的。表中未重新賦值的項默認為0或其特定默認值。數據表首先用TB（with LAB=CONC）命令生成，再用命令TBTEMP定義溫度，用命令TBDATA定義其余表項。多可定義六種溫度，相應與每種溫度都可用TBDATA建立C1～C9各項的值。
SOLID65混凝土材料數據表
常數
含義
1
裂縫張開剪力傳遞系數.
2
裂縫閉合剪力傳遞系數
3
單軸抗拉強度
4
單軸抗壓強度
5
雙軸抗壓強度
6
圍壓大小
7
圍壓下雙軸抗壓強度
8
圍壓下單軸抗壓強度
9
拉應力折減系數 當 KEYOPT(7) = 1時有效 (默認為 0.6).
注：當變量3（4）被設為-1時表示混凝土無開裂（無壓碎），如只輸入前1－4項，則5－8項取默認值，如5－8項中給定了其中一項的值，則其余3項也必需給出。
SOLID65 輸出數據：
與單元相關的解答輸出項有以下兩方面：
l 所有節點的節點位移；
l 其它輸出項見“SOLID65單元輸出數據說明表”
一些細則的說明可見“SOLID65應力輸出圖”。單元應力的方向平行于單元坐標系，只有當非線性特性被考慮時才有相應的輸出，當然也只有對鋼筋參數進行過定義，才有關于它的輸出。如可能發生開裂或壓碎，那具體情況也會在積分點上輸出，因為開裂和壓碎可能發生在任一積分點上。在POST1中用命令PLCRACK可顯示各積分點的狀態。對輸出結果更普便的說明可參見“結果輸出說明”，對各種結果數據（圖形）的查看方法請見《ANSYS入門指南》。
SOLID65應力輸出圖
單元輸出說明表的有關事項解釋如下：
表中第一列給出了各輸出項的名稱，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定義這些變量用于查詢。第三列表示某一變量值是否在輸出文件中給出，第四列某一變量值是否在結果文件中給出。
無論是第三還是第四列，“Y”表示可以輸出，列中的具體數值則表示在滿足特定條件時才輸出，而“－”則表示不輸出。
SOLID65單元輸出數據說明表
Name
Definition
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
NREINF
鋼筋數量
Y
-
VOLU:
體積
Y
Y
PRES
壓力作用面P1由節點 J, I, L, K圍成; P2由I, J, N, M圍成; P3由 J, K, O, N圍成; P4由K, L, P, O圍成; P5由L, I, M, P圍成; P6由M, N, O, P圍成。
Y
Y
TEMP
作用在各節點上的溫度 T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)
Y
Y
FLUEN
作用在各節點上的影響 FL(I), FL(J), FL(K), FL(L), FL(M), FL(N), FL(O), FL(P)
Y
Y
XC, YC, ZC
Location where results are reported
Y
6
S:X, Y, Z, XY, YZ, XZ
應力
1
1
S:1, 2, 3
主應力
1
1
S:INT
應力強度
1
1
S:EQV
等效應力
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
-
EPEL:EQV
等效彈性應變 [7]
1
1
EPTH:X, Y, Z, XY, YZ, XZ
平均熱應變
1
1
EPTH:EQV
等效熱應變 [7]
1
1
EPPL:X, Y, Z, XY, YZ, XZ
塑性應變均值
4
4
EPPL:EQV
等效塑性應變 [7]
4
4
EPCR:X, Y, Z, XY, YZ, XZ
蠕變均值
4
4
EPCR:EQV
等效蠕變 [7]
4
4
NL:EPEQ
等效塑性應變均值
4
4
NL:SRAT
Ratio of trial stress to stress on yield surface
4
4
NL:SEPL
應力應變曲線上的平均等效應力（混凝土的）
4
4
NL:HPRES
靜水壓力
-
4
THETCR, PHICR
裂縫的方向角THETA和 PHI
1
1
STATUS
單元狀態
2
2
IRF
鋼筋號
3
-
MAT
材料號
3
-
VR
體積率
3
-
THETA
X-Y平面內的方向角
3
-
PHI
X-Y平面外的方向角
3
-
EPEL
單軸彈性應變
3
-
S
單軸彈性應力
3
-
EPEL
單軸彈性應變均值
5
5
EPPL
單軸塑性應變均值
5
5
SEPL
應力應變曲線上的平均等效應力（鋼筋的）
5
5
EPCR
單軸蠕變均值（鋼筋）
5
5
1、 混凝土求解項目（輸出每個積分點（如KEYOPT（5）＝1）和質心）
2、 單元狀態表（SOLID65單元狀態表）對應項含意：
l Crushed：混凝土被壓碎
l Opend：混凝土開裂，裂縫張開
l Colesed：混凝土開裂，但裂縫閉合
l Neither：混凝土即未開裂也未壓碎
3、 鋼筋求解項給出每種鋼筋情況
4、 混凝土非線性積分點解（如KEYOPT（6）＝3 and the element has a nonlinear material）
5、 鋼筋非線性積分點解（如KEYOPT（6）＝3 and the rebar has a nonlinear material）
6、 僅在質心利用＊GET命令可得的選項。
7、 等效應變用一個有效的泊松比：對于彈性和熱量問題這個值通過“MP，PRXY”命令設定，對于塑性和蠕變問題這個值被設為0.5。
SOLID65混合單元輸出項
Description
Names of Items Output
O
R
Nodal Stress Solution
TEMP, S(X, Y, Z, XY, YZ, XZ), SINT, SEQV
1
-
1、如果KEYOPT（5）＝2，則輸出每個節點的值。
SOLID65單元狀態對應表
狀態
方向 1的狀態
方向2的狀態
方向 3的狀態
1
Crushed
Crushed
Crushed
2
Open
Neither
Neither
3
Closed
Neither
Neither
4
Open
Open
Neither
5
Open
Open
Open
6
Closed
Open
Open
7
Closed
Open
Neither
8
Open
Closed
Open
9
Closed
Closed
Open
10
Open
Closed
Neither
11
Open
Open
Closed
12
Closed
Open
Closed
13
Closed
Closed
Neither
14
Open
Closed
Closed
15
Closed
Closed
Closed
16
Neither
Neither
Neither
“SOLID65項目和序號表”中列出了在后處理中可通過ETABLE命令加參數及數字序號的方法定義可列表察看的有關變量的細則。詳細參見《ANSYS基本分析指南》中有關“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格的一些使用說明：
Name
指在“SOLID65單元輸出數據說明表”中的有關變量。
Item
命令ETABLE中使用的參數。
I,J,...,P
節點I,J,...,P所對應的數字序號。
IP
積分點對應的數字序號
SOLID65項目和序號表
Output Quantity Name（變量名）
ETABLE和 ESOL 命令輸入項
Item（參數）
Rebar 1
Rebar 2
Rebar 3
EPEL單軸彈性應變均值
SMISC
SIG
SMISC
EPPL單軸塑性應變均值
NMISC
EPCR單軸蠕變均值
NMISC
SEPL應力應變曲線上的平均等效應力
NMISC
SRAT
NMISC
Output Quantity Name（變量名）
ETABLE 和 ESOL命令輸入項
Item
（參數）
I
J
K
L
M
N
O
P
P1 （壓力作用面1）
SMISC
P2 （壓力作用面2）
SMISC
P3 （壓力作用面3）
SMISC
P4 （壓力作用面4）
SMISC
P5 （壓力作用面5）
SMISC
P6 （壓力作用面6）
SMISC
S:1 主應力1
NMISC
S:2 主應力2
NMISC
S:3 主應力3
NMISC
S:INT 應力強度
NMISC
S:EQV 等效應力
NMISC
FLUEN作用在各節點上的影響
NMISC
Output Quantity Name
（變量名）
ETABLE 和 ESOL命令輸入項
Item
Integration Point
STATUS 單元狀態
NMISC
Dir 1
THETCR 平面內的方向角
NMISC
PHICR 平面外的方向角
NMISC
Dir 2
THETCR 平面內的方向角
NMISC
PHICR 平面外的方向角
NMISC
Dir 3
THETCR 平面內的方向角
NMISC
PHICR 平面外的方向角
NMISC
SOLID65的假定和限制：
l 不允許使用零體積單元；
l 單元可以如“幾何模型圖”編號，也可將圖中的IJKL面與MNOP面的編號交換。同時單元不能被扭轉導致形成兩個單獨體，在對單元不恰當編號時這種情況可能發生。
l 所有的單元應有八個節點
l 當K與L，O與P節點重合時單元形狀便成為棱柱體形，當然也可退化為四面體。其它的形狀會被四面體自動替換。
l 當考慮單元的鋼筋作用時，鋼筋被假定分散在整個單元中，且所有鋼筋的總體積率不能起過1.0。
l 單元是非線性的故要求迭代求解。
l 當同時考慮混凝土的開裂與壓碎時，應注意要緩慢加載，以免在實際可承受荷載通過閉合裂縫傳遞前出現混凝土的假壓碎現象。這種現象通過泊松效應常常發生在與大量開裂應變垂直的未開裂的方向上。同樣也會在壓碎的積分點上出現，輸出的塑性和蠕變應變值來自于先前子步的收斂。而且，當裂縫已經產生，則彈性應變的輸出量就包含了開裂應變。單元開裂或壓碎后失去的抗剪作用將不能被傳遞到鋼筋上，因為鋼筋沒有抗剪剛度。
l 在考慮開裂或壓碎的材料非線性問題中以下兩項好不要考慮：
n 應力強化效應。
n 大應變、大變形。
否則，結果可能不收斂或不正確，特別在有大轉角情況下。 |
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總部李老師
