板单元

板单元定义

板单元是在三维空间中构建的三节点或四节点单元。这些单元用于对薄板/壳型结构中的热传递进行建模。您可以在板单元的表面上指定对流和辐射载荷。您也可以直接在其表面上指定热通量。板单元还可以引起单位体积的热生成。

直线中定义单元的最大表面编号将确定该单元的表面编号。

板单元参数

使用板单元时，必须在“单元定义”对话框“常规”选项卡的“厚度”字段中定义部件的厚度。该单元视为在板单元的中间面绘制。因此，输入的一半厚度值将视为位于单元顶部，而另一半将视为低于中间面。您必须输入厚度值才能运行分析。如果在“FEA 编辑器”环境中从中间面网格生成了板单元，则厚度将已被定义。将计算每个模型表面的平均厚度，并在分析过程中加以使用。若要指定整个部件的恒定厚度，请激活“应用恒定厚度”复选框，然后在“厚度”字段中键入所需的值。

图 1：板单元的厚度

接下来，您必须在“材料模型”下拉框中指定此部件的材料模型。如果所有方向上的材料属性均相同且不随温度而变化，请选择“各向同性”选项。如果所有方向上的材料属性均相同且随温度而变化，请选择“温度相关各向同性”选项。如果材料属性沿三条正交轴（而非温度）发生变化，请选择“正交各向异性”选项。如果材料属性沿三条正交轴并随温度发生变化，请选择“温度相关正交各向异性”选项。

接下来，必须在“热流计算”下拉框中指定如何计算热流量。如果选择“质心投影”选项，则将使用傅立叶定律通过衍生节点温度计算此部件的热通量。如果选择“基于 BC 的非线性”选项，则将使用对流或辐射边界条件的输入参数和得到的节点温度计算此部件上具有对流或辐射载荷的外表面的热通量。内部面的热通量不受此选项的影响。如果选择“基于 BC 的线性”选项，则使用与“基于 BC 的非线性”选项相同的方法计算此部件上具有对流或辐射载荷的外表面的热通量，不同的是，具有辐射载荷的表面上的热通量将会线性化。

如果需要输出辐射或对流边界条件的实际热通量，则只需使用“基于 BC 的非线性”或“基于 BC 的线性”选项即可。实际热流量基于表面通量。对于充分细化的有限元网格，所有选项的表面热通量应该相等。

接下来，在“积分阶次”下拉框中选择将对此部件中的板单元使用的积分阶次。对于矩形单元，请选择“2 阶”选项。对于中度扭曲的单元，请选择“3 阶”选项。对于极度扭曲的单元，请选择“4 阶”选项。单元刚度公式的计算时间将以积分阶次的三次方增加。因此，为缩短处理时间，应使用将生成可接受结果的最低积分阶次。

接下来，在“单元法线”部分中指定单元法线点。此部分中的“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段将用于为板单元的此部件定义单元法线点。板单元的顶部始终指向远离单元法线点的方向。这用于确定体对体辐射壁面中包含的板单元边。请参见图 2。

图 2：确定单元法线

上图显示了板图元的边视图。

控制板单元的方向

如果板单元的此部件使用除各向同性或温度相关各向同性以外的任何材料模型，您将需要在“单元定义”对话框的“方向”选项卡中定义材料轴 1、2 和 3 的方向。有两种基本方法可完成此操作。

第一种方法是选择整体轴之一作为料轴 1。如果在“材料轴方向的指定依据”下拉框中选择“整体 X 方向”选项，则正交材料轴与 X、Y 和 Z 轴的对应关系如下：

如果在“材料轴方向的指定依据”下拉框中选择“整体 Y 方向”选项，则正交材料轴与 X、Y 和 Z 轴的对应关系如下：

如果在“材料轴方向的指定依据”下拉框中选择“整体 Z 方向”选项，则正交材料轴与 X、Y 和 Z 轴的对应关系如下：

第二种方法是在“材料轴方向的指定依据”下拉框中选择“空间点”选项。接下来，必须在“空间点坐标”表中定义三个空间点的坐标。然后，在“空间点 1 的索引”、“空间点 2 的索引”和“空间点 3 的索引”下拉框中，为空间点选择合适的索引。材料轴 1 将是从“空间点 1 的索引”下拉框中的空间点到“空间点 2 的索引”下拉框中的空间点的矢量。材料轴 2 将垂直于局部坐标轴 1，并穿过“空间点 3 的索引”下拉框中的空间点。将根据材料轴 1 和材料轴 2 的向量积计算得出材料轴 3。

注意： 空间点坐标由模型中的所有部件共享。更改一个部件中的任何坐标将影响使用相同空间点的所有其他部件。

使用板单元的注意事项

  1. 定义单位制。
  2. 确保模型使用热分析类型。
  3. 对于要成为板单元的部件，请在其“单元类型”标题上单击鼠标右键。
  4. 选择“板”命令。
  5. 在“单元定义”标题上单击鼠标右键。
  6. 选择“编辑单元定义”命令。
  7. 在“材料模型”下拉框中，为此部件选择适当的材料模型。
  8. 如果模型不是由中间面网格引擎创建，或者如果要指定板单元的厚度，请在“厚度”字段中输入此值。如果模型是由中间面网格引擎创建，且您希望使用 CAD 实体模型的厚度，请激活“应用恒定厚度”复选框。
  9. 如果使用的体对体辐射仅涉及板的一侧，请在“单元法线”部分中定义相应的坐标来定义板的侧面。在此处输入的坐标将为仅涉及一侧的体对体辐射定义板的侧面。板的顶部指向远离该点的方向。
  10. 如果在“材料模型”下拉框中选择“正交各向异性”或“温度相关正交各向异性”选项，请单击“方向”选项卡定义材料轴。
  11. 按“确定”按钮。

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