ANSYS有限元分析軟件是世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS公司開發的產品，主要用于結構、流體、電場、磁場和聲場等物理場獨立或禍合分析，功能強大、應用廣泛，是一個便于學習和使用的優秀有限元分析程序。軟件提供的分析類型如:結構靜力分析、結構動力學分析、結構非線性分析、熱分析、電磁場分析、流體動力學分析、聲場分析、壓電分析等，為廣大工程設計人員提供一個很好的計算設計分析平臺。在ANSYS得到廣泛應用的同時，許多技術人員對ANSYS程序的了解和認識還不夠系統、全面，在工作和研究中存在許多隱患和障礙，尤為突出的是有限元網格劃分時，對于不同實體單元的選擇沒有一個明確的標準，因此進行分析的時候往往會得出不太準確的結果。本文結合分析實例，對于實體網格劃分時SOLID45單元和SOLID95單元的區別作一研究。

1 實體單元的選擇和網格劃分有限元的求解
   
    有限元法的基本思想是把復雜的形體拆分為若干個形狀簡單的單元，利用單元節點變量對單元內部變量進行插值來實現對總體結構的分析，將連續體進行離散化，即稱網格劃分。離散而成的有限元集合將替代原來的彈性連續體，所有的計算分析都將在這個模型上進行。因此，實體單元的選擇和網格的劃分將關系到有限元分析的規模、速度和精度以及計算的成敗。

    1.1 SOLID45單元簡介
   
    SOLID45單元用于構造三維固體結構。單元通過8個節點來定義，每個節點有3個沿著x,y,z;方向平移的自由度。單元具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力。類似的單元有適用于各向異性材料的SOLID64單元。SOLID45單元的更高階單元是SOLID95，單元由8個節點和各向同性的材料參數來定義。各向同性材料方向對應于單元坐標系方向，單元載荷包括節點載荷和單元載荷。

    1.2  SOLID95單元簡介
   
    SOLID95是SOLID45(3維8節點)高階單元形式，此單元能夠容許不規則形狀，并且不會降低精確性，特別適合邊界為曲線的模型;同時，其偏移形狀的兼容性好，SOLID95有20個節點定義，每個節點有3個自由度，(X,Y,Z方向)，此單元在空間的方位任意，本單元具有塑性、蠕變、輻射膨脹、應力剛度、大變形以及大應變的能力，并且提供不同的輸出項。

2 實例分析

    2.1仿真分析模型及結果
   
    虛擬三維CAD模型如圖3所示，在ANSYS中對該虛擬三維模型劃分網格，分別分兩種單元劃分網格:

    (1)第一種為8節點SOLIU45單元，
   
    (2)第二種為20節點SOLID95單元，
   
    在ANSYS中分別對這兩種模型進行模態計算(其中模型下底面固定)，求得的各階模態分別如表1所示。

    其中圖4所示為用SOLID45單元劃分網格模型的第一階模態，圖5所示為用SOLTD95單元劃分網格模型的第一階模態，并且由表1中得出，SOLID45單元模型的第一階頻率為60. 227Hz，而SOLID95單元模型的第一階頻率為44. 127 Hz，兩階頻率相差16.1 Hz，有明顯出入。

    2.2實驗模型及結果
   
    實驗是將試件底端固定，在頂端安裝一個加速度計，在試件上敲擊用加速度計測量頂端的響應，然后做頻譜分析得出試件的頻率。實驗系統如圖6所示。

    實驗測得的加速度信號，將測得的信號做頻譜分析后的頻譜圖為圖8所示。由圖8可知，實驗測得頻率為:39.79 Hz。

    2.3結果分析
   
    仿真計算出的SOLID45單元模型第一階模態為66.227 Hz,SOLID95單元模型的第一階模態為44.127 Hz。實驗結果得出模型的頻率為39.79 Hz。
   
    由上述結果可以看出，SOLID95單元的計算結果與實際測試得到的數據比較接近。而SOLID45單元的計算結果與實際測量得到的數據相差十分大。但由于SOLID45單元是8節點而SOLID95是20節點。因此在計算相同階模態時，SOLID95單元模型會耗費更多的時間和計算機資源。
   
    因此在汁算有曲面的模型單元網格劃分時，要想使計算結果精確、可靠，就應該選取SOLID95單元來劃分模型網格。如果只是大概估計模型的一些基本參數和范圍，幾對結果要求不高時，則可以考慮使用SOLID45單元劃分模型網格。

3 結論
   
    由仿真分析和實驗的對比可以看出，SOLID45單元在計算曲面和2種材料以下的模型的模態時，計算精度很低，甚至會出現錯誤結果。而SOLID95單元在計算以上模型的模態時，與實驗結果比較接近。因此在模型劃分網格的時候，應該多考慮選取與所劃分網格模型相對應的單元。
   
    ANSYS網格劃分功能十分強大，它不但具有智能網格劃分、人工控制網格劃分、映射、掃掠、拖拉網格劃分等功能，還具有強大的網格檢查及修改功能。有效、合理地進行實體單元的選擇、劃分網格是獲得高精度結果的保證。因此，在熟練應用該軟件功能的同時，結合工程實際，不斷總結掌握網格劃分時的單元選擇方法、技巧是十分有益的。