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ANSYS中单位统一的误区分析
2025-09-29 02:59:37 责编:小OO
文档
ANSYS中单位统一的误区分析:

在ANSYS中没有规定单位,需要用户自己去定义自己的单位制,这就会涉及到单位统一的问题。下边的误区可能是多数初学者经常范的:

计算一个圆柱体的固有频率(为分析简便,采用最简单的形状作为例子),其尺寸如下:

圆柱体长:L=1m;

圆柱体半径:R=0.1m;

材料特性:

弹性模量:2.06e11 Pa;

材料密度:7800kg/m^3;

泊松比:0.3

计算结果如下:

   *****   INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE   *****

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP   CUMULATIVE

    1   0.0000          1       1       1

    2   0.0000          1       2       2

    3   0.0000          1       3       3

    4   0.0000          1       4       4

    5   0.0000          1       5       5

    6 0.29698E-03       1       6       6

    7   834.79          1       7       7

    8   834.79          1       8       8

    9   1593.7          1       9       9

10   2022.4          1        10        10

如果在建模时采用毫米为单位(在解决实际工程问题时,经常需要从其他CAD软件导入实体模型,而这些模型常常以毫末为单位),则必须修改材料特性参数,已达到单位统一。如果将材料参数修改为如下:

弹性模量:2.06e5 Pa;(理由:Pa=N/m^2,m=10^3mm,所以要将原值缩小10^6倍)

材料密度:7800e-9kg/m^3;(理由:Pa=N/m^2,m=10^3mm,所以要将原值缩小10^9倍)

泊松比:0.3

计算结果:

   *****   INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE   *****

SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP   CUMULATIVE

    1   0.0000          1       1       1

    2   0.0000          1       2       2

    3   0.0000          1       3       3

    4   0.0000          1       4       4

    5   0.0000          1       5       5

    6 0.46152E-05       1       6       6

    7   26.398          1       7       7

    8   26.398          1       8       8

    9   50.397          1       9       9

10   63.954          1        10        10

二次计算为何出现如此大的差别?????

其实高手可以发现我们在单位转换中有一个转换是错误的,对!你猜对了——弹性模量。

弹性模量的单位是Pa=N/m^2,我们在转换的时候只考虑了m——>mm,而忽略了N这个单位,他其实与m也有关系。不知道你现在是否有点晕。如果晕了,下面该是清醒的时候了:

看下边这个表:

国际单位制中常用的单位

名称 长度 力 时间  质量 压力(压强) 速度   加速度   密度        Stress 杨氏模量

单位 m       N    s        kg    Pa                m/s m/s^2 kg/m^3        Pa       Pa

量纲 m kgm/s^2 s    kg    kg/ms^2       m/s m/s^2 kg/m^3 kg/ms^2 kg/ms^2       

这下看清楚了吗,注意力的量纲——kgm/s^2,哈哈,原来这里也有一个m,好了,知道为什么前边两次计算结果相差那么大了吧。

接下来改总结一下了:

在ANSYS单位统一变换时,要将单位转换到量刚上(也就是将单位用kg——m——s表示)!!!!!!

观察其特性,然后再做相应的变换。       

最后看看如何对前边变换做修改:(在以毫米为单位的模型中)

弹性模量输入值:2.06e8 ;(想想看弹性模量的量纲 kg/ms^2只含一个m,看来只能将原来的数值缩小10^3倍啦)

材料密度输入值:7800e-9;

泊松比:0.3

用上边的数再算算吧看看会有什么结果等着你!!!

弹性模量,密度是材料的特性,其大小是不能变的,在上述分析中变的是在不同的单位系统下,输入ANSYS的数据值.

对于kg, mm,

密度为7.8e-6 kg/mm^3 (假设为钢)

杨氏模量为:2.06e8 kg*mm/s^2

我也觉得十楼的对,对MMKS即mm,kg,s单位制来说就是密度为7.8e-6 kg/mm^3 (假设为钢)

杨氏模量为:2.06e8 kg*mm/s^2 

而十一楼说的应该是MMNS单位制,

这些单位制在Pro/E讲的相当清楚。

主系统'毫米千克秒(mmKs)'的单位信息

基本数量:

                  长度   mm 

                  质量   kg 

                      力   mm kg / sec^2

                  时间   sec 

                  温度   C 

重力   9806.65   mm / sec^2

衍生数量:

                   面积<   mm^2 

                  体积   mm^3 

                  速度   mm / sec

               加速度   mm / sec^2

               角速度   rad / sec

            角度加速度   rad / sec^2

                  频率   1 / sec

                  密度   kg / mm^3

                  压力   kg / (mm sec^2)

                  应力   kg / (mm sec^2)

                杨氏模量   kg / (mm sec^2)

主系统'毫米牛顿秒(mmNs)'的单位信息

基本数量:

                   长度   mm 

                  质量   tonne 

                      力   N 

                  时间   sec 

                  温度   C 

重力   9806.65   mm / sec^2

衍生数量:

                   面积<   mm^2 

                  体积   mm^3 

                  速度   mm / sec

               加速度   mm / sec^2

               角速度   rad / sec

            角度加速度   rad / sec^2

                  频率   1 / sec

                  密度   tonne / mm^3

                  压力   N / mm^2

                  应力   N / mm^2

                杨氏模量   N / mm^2

单位制在惯性、动力、热分析中很重要,单位不正确计算就是错误的。

楼主的说法是完全错误的,虽然最后的计算结果是对的。

最后看看如何对前边变换做修改:(在以毫米为单位的模型中)

弹性模量:2.06e8 Pa;(想想看弹性模量的量纲 kg/ms^2只含一个m,看来只能将原来的数值缩小10^3倍啦)

材料密度:7800e-9kg/m^3;

(1)、上面文字中2.06e8 Pa,7800e-9kg/m^3的说法不严谨。

(2)、最主要的错误是楼主对弹性模量和材料密度的换算值。

长度为m时用SI国际单位制(m·Kg·s),长度为mm时一般用MPA单位制(mm·T·s)

基本物理量及其量纲:

质量:m

长度:L

时间:t

温度:T

(首先记住的是基本物理量:质量、长度、时间、温度)

国际单位制中长度m,质量kg,时间s

MPA单位制中长度mm,质量T(吨),时间s

导出物理量量纲:

速度:

v=L/t

加速度:

a=L/t^2

密度:

ρ=m/L^3

力:

f=m*a=m* L/t^2

压力、应力、弹性模量:P=f/L^2=m/(L*t^2)

因此在MPA单位制下

力的单位为:f=m*a=m* L/t^2=吨*毫米/秒^2=10^3Kg*10^-3米/秒^2

=Kg*米/秒^2=牛顿

弹性模量P=f/L^2=牛顿/毫米^2=MPa

密度ρ=m/L^3=吨/毫米^3

重力加速度:毫米/秒^2

楼主用到的材料特性:

弹性模量:2.06e11 Pa

材料密度:7800kg/m^3

泊松比:0.3

在MPA下分别为:

弹性模量:2.06e5 MPa

材料密度:7800kg/m^3=7.8吨/(10^9mm^3)=7.8e-9吨/mm^3

泊松比:0.3

长度为毫米时楼主的换算:

弹性模量:2.06e8 Pa

材料密度:7800e-9kg/m^3

泊松比:0.3

姑且不论楼主后面单位名称混乱,楼主的换算在计算频率时数值是

对的,因为固有频率的量纲式为(E*L/m)^1/2,在MPA单位制下弹性

模量和密度分别乘上1000(楼主的单位,只是数值上相等)不影响

频率值的大小。但楼主考虑了没有,你的单位制计算静力问题,

计算结果应力的单位是什么?约束反力的单位是什么?质量的单位

是什么?

我一般采用mm-N-s的单位

长度:mm

弹性模量:2.06e^5 N/mm^2(也就是MPa)

密度:7.85x10^-9

重力加速度:9815

为了弄清这个问题,自己实验了下:

!(国际单位)

L=1

R=0.1

MP,EX,1,2.06E+11

MP,PRXY,1,0.3

MP,DENS,1,7800

!(mm单位)

L=1000

R=100

MP,EX,1,2.06E+5

MP,PRXY,1,0.3

MP,DENS,1,7.8-9

常用单位mm,N,MPa,T

弹性模量2.06e5MPa

密度7.8e-9T/mm^3

泊松比0.3

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