膜单元是在三维空间中构建的三节点或四节点单元。使用膜单元，您可以对单元不支持或传递力矩载荷的仿织物对象（如帐篷或帆布床）或结构（如体育馆的屋顶）进行建模。
膜单元可对具有指定厚度且应力不垂直于该厚度的实体进行建模。您可修改本构关系，使应力垂直于厚度零。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。
根据定义，膜单元不能有旋转自由度 (DOF)，即便在应用边界条件时已释放这些 DOF 也是如此。您可以根据需要应用平动自由度。但是，只有平面内刚度才可用公式表示。我们将应用极小的平面外刚度，以实现稳定。因此，仅允许使用平面内（膜）载荷。您可以定义与温度相关的正交各向异性材料属性，同时可以包括不兼容的位移模式。系统将提供节点处的应力输出。
图 1：膜单元（三角形）
图 2：膜单元（四边形)
何时使用膜单元
- 单元厚度相对于长度或宽度很小。
- 单元在垂直于厚度的方向上没有应力。
- 单元不携带或传递任何力矩。
膜单元参数
使用膜单元时，必须在“单元定义”对话框的“厚度”字段中定义部件的厚度。该单元视为在膜单元的中间面绘制。因此，输入的一半厚度值视为位于单元顶部，而另一半视为低于中间面。输入厚度值以运行分析。
图 3：膜单元的厚度
接下来，您必须在“材料模型下拉菜单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，请选择“各向同性”选项。如果材料属性沿三条正交轴或随温度发生变化，请选择“正交各向异性”选项。
当膜单元使用正交各向异性材料模型时，请定义三条材料轴。即：n、s 和 t 轴。默认情况下，n 轴平行于单元的 ij 边。t 轴垂直于单元，并指向远离单元法线坐标的方向（在“方向”选项卡中指定）。s 轴位于单元平面中，且与 n 轴成 90 度。（它围绕 t 轴遵循右手法则，即 s=txn。）若要转动材料轴，请在“材料轴转动角度”字段中指定一个角度。n 轴围绕 t 轴转动此角度（右手法则）。
如果要对此部件执行热应力分析，请在“无应力参考温度”字段中指定此部件中的单元未产生热感应应力时测量得到的温度。使用在节点数据行上指定的平均温度，可计算基于单元、且与热增长约束关联的载荷。参考温度用于计算温度变化。热载荷可用于实现其他类型的构件载荷。对于这些情况，请使用等效温度变化 (dT)。
您可定义的最后一个参数是“协调性”。这可以在“协调性”下拉菜单中完成。如果选择“不强制”选项，则允许沿单元间边界存在间隙或重叠。这些单元使用假定的线性应力场建立而成，并且是最有效的，因为矩形的纵横比较低。如果选择“强制”选项，则不允许沿单元间边界存在重叠或间断。这些单元使用假定的线性位移场构建而成，并且可能会高估结构刚度。通常，若要实现与已选择“不强制”选项的单元相同级别的精度，则必须在应变梯度方向上使用更大的网格密度。有关详细信息，请参见不兼容的位移模式。
控制膜单元的方向
单元法线点还可用于控制膜单元的方向。此点是使用“单元法线”部分中的“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段定义的。每个单元均有一组标记为 1、2 和 3 的局部坐标轴。局部坐标轴 1 穿过单元的 jk 边。局部坐标轴 3 垂直于膜单元并指向远离单元法线点的方向。局部坐标轴 2 是局部坐标轴 1 和 3 的向叉积。请参见图 4。
图 4：确定单元法线
上图显示了膜图元的边视图。
对于常规的 FEA 分析，您可以忽略单元方向。定位单元的功能对于采用正交各向异性材料模型的单元十分有用，有助于在局部单元坐标系中更轻松地解析应力。可在“单元定义”对话框的“方向”选项卡中完成此操作。“方法”下拉菜单包含三个选项，可用于指定单元的哪一边是 ij 边。如果选择“默认”选项，则具有最大表面编号的单元边将选择作为 ij 边。如果选择“定位 I 节点”选项，则必须在“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段中定义坐标。单元上最靠近此点的节点指定为 i 节点。j 节点是单元上遵循单元法线轴 (+3) 的右手法则的下一个节点。如果选择“定位 IJ 边”选项，则必须在“节点阶次”部分的“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段中定义坐标。单元上最靠近此点的边指定为 ij 边。i 和 j 节点均会指定，以便通过遵循单元法线轴 (+3) 的右手法则，沿单元从 i 节点达到 j 节点。
使用膜单元的注意事项
- 确保已定义单位制。
- 确保模型使用结构分析类型。
- 如果要将沿边的压力载荷应用于此单元，则将应用载荷的边必须是模型上的最大表面编号。
- 对于要成为膜单元的部件，请在其“单元类型”标题上单击鼠标右键。
- 选择“膜”命令。
- 在“单元定义”标题上单击鼠标右键。
- 选择“编辑单元定义”命令。
- 在“单元定义”对话框“常规”选项卡的“材料模型”下拉框中，选择一个材料模型。如果材料属性与方向无关，请选择“各向同性”。如果材料属性与方向相关，请选择“正交各向异性”选项。
- 在“厚度”字段中，输入膜单元的厚度。这是必填信息，必须输入此信息才能运行模型。
- 如果要执行热应力分析，请在“无应力参考温度”字段中输入温度值。此值与指定温度之差将用于计算应力。
- 对于正交各向异性材料模型，如果材料轴不依赖于整体 XYZ 轴，请在“材料轴转动角度”字段中输入转动角度值。此角度由全局 Y 轴到材料轴逆时针旋转测量得出（以度数为单位）。
- 若要为单元定义一组局部坐标轴（适用于正交各向异性材料模型），请在“方法”下拉框中选择“定位 I 节点”或“定位 IJ 边”选项，并在“节点阶次”部分的“X 坐标”、“Y 坐标”和“Z 坐标”字段中定义点。如果选择“定位 I 节点”选项，则每个单元中最靠近该点的角将成为 I 节点。如果选择“定位 IJ 边”选项，则每个单元中最靠近该点的边将成为 IJ 边。
- 按“确定”按钮。