ANSYS有限元分析中的单位问题

ansys中没有单位的概念，只要统一就行了。所以,很多人在使用时,不知道该统一用什么单位,用错单位造成分析结果严重失真! 今综合相关资料,整理如下:

一、在ansys经典中，的确没有单位区别，关键要看你的模型以什么样的单位去建，当然，对应的材料属性（杨氏模量，密度等）也要以你所建模型的单位去对应，着重需要注意的是在把模型由cad软件导入ansys中时，注意单位的对应就可以，当然一般在cad模型中的单位是mm制，那么导入ansys后也应该采用mm制，也就是mpa类型！

二、打开ansys，运行/units,si，就把单位设置成国际制单位了！！即长度：m ；力：n ；时间：s ；温度：k ；压强/压力：Pa ；面积：m2 ；质量：kg ,确保了分析结果不失真，且易于读懂结果数据。

三、ANSYS中不存在单位制，所有的单位是自己统一的。一般先确定几个物理量的单位（做过振动台试验的朋友一定会知道），然后导出其它的物理量的单位。 静力问题的基本物理量是： 长度，力，质量

比如你长度用m,力用KN，而质量用g 那么应力的单位就是KN/m*m,而不是N/m*m。 动力问题有些复杂，基本物理量是： 长度，力，质量，时间

比如长度用mm,力用N,质量用Kg，而时间用s 以上单位就错了，因为由牛顿定律： F=ma

所以均按标准单位时： N=kg*m/(s*s)

所以若长度为mm,质量为Kg，时间用s则有 N*e-3=kg*mm/(s*s)

所以，正确的基本单位组合应该是： mN(毫牛，即N*e-3）, mm, Kg, s

所以，如果你要让ANSYS的单位为国际单位制，你在输入物理量之前，先 将所有的物理量转换为国际单位制，如：

原先你的图纸上均为毫米，比如一个矩形截面尺寸是400mm*500mm， 那么，你在建模之前先转化为0.4m*0.5m

然后输入的长度为0.4和0.5，ANSYS只知道你输入的是0.4和0.5，它不知道

你的单位是什么。

附上一句：ANSYS中有一个只能从命令行输入的命令：/UNITS, 它的作用仅 仅是标记作用，让用户有个地方做标记，它没有任何单位转换的功能。 不要被他迷惑。英文原文如下：

The units label and conversion factors on this command are for user convenienc e only and have no effect on the analysis or data. That is, /UNITS will not co nvert database items from one system to another (e.g., from British to SI, etc

四、在ANSYS中没有规定单位，它值进行代数值的运算，需要用户自己去定义自己的单位制，很多初学者对于单位的问题很不解。在使用的时候只需要记住一点就可以了：使用统一的单位制。

由于处理实际问题时分析问题的需要或者个人习惯不同，不同人对不同物理量的单位有不同选择。例如对于长度单位，机械设计人员喜欢使用mm，而工程设计人员经常使用m。再如力的单位，国际单位为N，但是在很多地方使用kN作为力的单位。选用什么单位并无对错之分，只需推算出其他物理量的对应单位即可。下面举个例子进行说明：

一个实体模型质量为1kg，长度为4X10-3m，弹性模量为2.1X1011Pa，时间为7s。这几个量的单位都是国际单位，但是物理量之间的数量级差别很大，容易引起计算收敛困难或计算误差太大。将质量和长度单位改变一下，变成非国际单位制，质量为1X10-3t，长度为4mm，时间为7s。这时候弹性模量为2.1X106MPa了，那么物理量之间的数量级差别就小了。但同时需注意的是，很多其他物理量的单位也不再是国际单位制了，比如速度单位由m/s变为mm/s。

由上面的分析可知，可按下面的方法选用单位制：

1、所有的单位都统一使用国际单位制，那么计算的所有结果也为国际单位制。

2、使用非国际单位制，需要先确定几个基本物理量的单位，然后根据基本物理量推导出其它物理量的单位。

基本物理量及其量纲： 质量m; 长度L; 时间t; 温度T。

导出物理量及其量纲： 速度：v=L/t; 加速度：a=L/t2; 面积：A=L2; 体积：V=L3; 密度：ρ=m/L3;

力：f=m·a=m·L/t2;

力矩、能量、热量、焓等：e=f·L=m·L2/t2; 压力、应力、弹性模量等：p=f/A=m/(t2·L); 热流量、功率：ψ=e/t=m·L2/t3; 导热率：k=ψ/(L·T)=m·L/(t3·T); 比热：c=e/(m·T)=L2/(t2·T); 热交换系数：Cv=e/(L2·T·t)=m/(t3·T) 粘性系数：Kv=p·t=m/(t·L); 熵：S=e/T=m·l2/(t2·T);

质量熵、比熵：s=S/m=l2/(t2·T);

量纲的选用原则

选择合适的量纲，需要注意以下原则：

1、确定分析中使用的物理量的数量级大小，避免使用数量级太大或太小的量纲。

2、同一问题中所有物理量的量纲要保持一致，否则计算结果中的某些物理量的量纲就不明确，容易导致错误的结果。

3、一般情况，为了分析方便，可先选定基本物理量的量纲，再由基本物理量的量纲推导其它物理量的量纲。当然，也可以先确定部分导出物理量的量纲，然后根据基本物理量与导出物理量的关系，推导基本物理量的量纲。

下面举两个常用的例子。

1基本物理量采用如下单位制：

质量m–kg；（应该采用Mg单位才统一，具体可以参考MSC.MARC中的材料库统一单位，推导） 长度L–mm； 时间–S；

温度–K(温度K与C等价)。

各导出物理量的单位可推导如下，同时还列出了与kg-m-S单位制或一些常用单位的关系： 速度：v=L/t=mm/S=10-3m/S; 加速度：a=L/t2=mm/S2=10-3m/S2; 面积：A=L2=mm2=10-6m2; 体积：V=L3=mm3=10-9m3;

密度：ρ=m/L3=kg/mm3=10-9kg/m3=10-6g/cm3; 力：f=m·L/t2=kg·mm/S2=10–3kg·m/S2=mN(牛);

力矩、能量、热量、焓等：e=m·L2/t2=kg·mm2/S2=10–6kg·m2/S2=µJ(焦耳);

压力、应力、弹性模量等：p=m/(t2·L)=kg/(S2·mm)=103kg/(S2·m)=kPa(帕); 热流量、功率：ψ=m·L2/t3=kg·mm2/S3=10–6kg·m2/S3=µw(瓦); 导热率：k=m·L/(t3·T)=kg·mm/(S3·K)=10–3kg·m/(S3·K); 比热：c=L2/(t2·T)=mm2/(S2·K)=10–6m2/(S2·K); 热交换系数：Cv=m/(t3·T)=kg/(S3·K);

粘性系数：Kv=m/(t·L)=kg/(S·mm)=103kg/(S·mm); 熵：S=m·L2/(t2·T)=kg·mm2/(S2·K)=10-6kg·m2/(S2·K); 质量熵、比熵：s=L2/(t2·T)=mm2/(S2·K)=10-6m2/(S2·K);

2基本物理量采用如下单位制： 质量m–g； 长度L–µm(106m)； 时间–mS(10–3S)； 温度–K(K与C等价)。

各导出物理量的单位可推导如下，同时还列出了与kg-m-S单位制或一些常用单位的关系： 速度：v=L/t=µm/mS=10-3m/S; 加速度：a=L/t2=µm/mS2=m/S2; 面积：A=L2=µm2=10-12m2; 体积：V=L3=µm3=10-18m3;

密度：ρ=m/L3=g/µm3=10-21kg/m3=10-12g/cm3; 力：f=m·L/t2=g·µm/mS2=10–3kg·m/S2=mN(牛);

力矩、能量、热量、焓等：e=m·L2/t2=g·µm2/mS2=10–9kg·m2/S2=10–9J(焦耳); 压力、应力、弹性模量等：p=m/(t2·L)=g/(mS2·µm)=109kg/(S2·m)=109Pa(帕)=GPa; 热流量、功率：ψ=m·L2/t3=g·µm2/mS3=10–6kg·m2/S3=10–6w(瓦); 导热率：k=m·L/(t3·T)=g·µm/(mS3·K)=kg·m/(S3·K); 比热：c=L2/(t2·T)=µm2/(mS2·K)=10–6m2/(S2·K); 热交换系数：Cv=m/(t3·T)=g/(mS3·K)=103kg/(S3·K); 粘性系数：Kv=m/(t·L)=g/(mS·µm)=106kg/(S·mm); 熵：S=m·L2/(t2·T)=g·µm2/(mS2·K)=10-9kg·m2/(S2·K); 质量熵、比熵：s=L2/(t2·T)=µm2/(mS2·K)=10-6m2/(S2·K);

由此可见，掌握了单位之间变换的方法，就可以根据自己的需要来选择合适的单位制。 更多的例子见表1。表2给出了几种单位制与kg-m-S单位制之间的换算因子。

表1 不同单位制的物理量单位

序号 参数名 单位量纲 Kg-m-s单 位 制 Kg-mm-s单 位 制 T-mm-s-Mpa单 位g-mm-s

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

12

13

14

15 16

17

18

制

长度L L m Mm(10 -3 m) Mm(10 -3 m) Mm(10 -质量M M Kg Kg T(10 3 Kg) g(10 -3时间t t s s s s 温度T T K K K K 面积A L 2 m 2 mm 2(10 -6 m 2) mm 2(10 -6 m 2) mm 2(10体积V L 3 m 3 mm 3(10 -9 m 3) mm 3(10 -9 m 3) mm 3(10

N (牛) =Kg · m / Kg · mm / s 2(10 -3 g · mm

力F M · L / t 2 T · mm / s 2(N)

s 2 N) -6 N) Kg / m 3(10 -3 g Kg / mm 3(10 6 g / cm T / mm 3(10 9 g / cm g / mm

密度r M / L 3

/ cm 3) 3) 3) cm 3)

能量、焓、M · L 2 / t J (焦耳) = N · m= Kg · mm 2 / S 2(10 T · mm 2 / S 2(10 -3 g · mm 热量 2 Kg · m 2 / S 2 -6 J) J) -9 J) 功率、热流m · L 2 / t w (瓦) = J / S= kg · mm 2 / S 3(10 T · mm 2 / S 3(10 g · mm 量 3 kg · m 2 / S 3 –6 w) –3 w) –9 w) 压力、应M / (t Pa = N / m 2= Kg Kg / (s g / (s

T / (s 2 · mm) (MPa)

力、模量 2 · L) / (s 2 · m) 2 · mm)(kPa) (Pa)

g · mm

J / (m · s · K) Kg · mm / (s T · mm / (s

M · L / (t 3 · K)

导热率k =(Kg · m / (s 3 · K)(10 -3 Kg · m 3 · K)(Kg · m / (s

3 · K) Kg · m

3 · K)) / (s 3 · K)) 3 · K))

3 · K)mm 2 /

L 2 / (t J / (Kg · K) =(m mm 2 / (s 2 · K )(10 mm 2 / (s 2 · K )(10

比热c 2 · K

2 · K) 2 / (s 2 · K)) -6 m 2 / (s 2 · K ) )- 6 m 2 / (s 2 · K ) )

2 / (s g / (s

M / (t J / m 3 =(Kg / (s Kg / (s 2 · mm)(10 T / (s 2 · mm)(10 6

体热源h 2 · mm

2 · L) 2 · m)) 3 Kg / (s 2 · m) )Kg / (s 2 · m) )

(s 2 ·g / (s 3

换热系数M / (t J / (m 2 · s · K) Kg / (s 3 · K)(Kg / T / (s 3 · K)(10 3

-3 Kg /

Cv 3 · K) =(Kg / (s 3 · K))(s 3 · K)) Kg / (s 3 · K))

3 · K)

粘性系数Kg/(mm · s)(10 3 Kg T / (mm · s)(10 6 g g / (mm

M / (L · t) Kg / (m · s)

Kv /(m · s) ) / (m · s) ) g / (m

g · mm

Kg · mm 2 / S T · mm 2 / S

M · L 2 / (t J / K = (Kg · m 2 · K(

熵S 2 · K(10 -6 Kg · m 2 · K(10 -3 Kg · m

2 · K) 2 / S 2 · K) Kg · m

2/ S 2 · K) 2/ S 2 · K)

2 · K)

比熵s质量L 2 / (t J / (Kg · K )= (m mm 2 / S 2 · K(10 -6 mm 2 / S 2 · K(10 -6 mm 2 / S熵 2 · K) 2 / S 2 · K) m 2 / S 2 · K) m 2 / S 2 · K) -6 m 2 /

表2 不同单位制的物理量与Kg-m-s单位制的换算因子[注]

其它单位转换

公制单位kg-m-s单位转换kg-m-s单位转换到kg-m-s单位

序号 参数名 到Kg-m-s 单位

(Kg-m-s单位) 到Kg-mm-s单位制 T-mm-s-Mpa单位制 g-mm-s单位

制

1 长度 Lm Kg-mm-s数Kg-m-s数值· 10 Kg-m-s数值· 10 3 Kg-m-s数值

2 3 4 5 质量 时间 温度 面积 MKg ts TK L 2m 2 值· 10 -3 g-cm-s数值· 10 3 Kg-mm-s数值· 1.0 Kg-mm-s数值· 1.0 Kg-mm-s数3

Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值· 10 -3 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

Kg-m-s数值· 10 6 Kg-m-s数值

值· 10 -6 6 体积

L 3m 3

Kg-mm-s数值· 10 -9

M · L / t

7 力 2N=Kg · m / s

Kg-mm-s数

2

值· 10 -3

8 密度 M / L 3Kg / m 3

g-cm-s数

值· 10 3

9

能量、焓M · L 2 / t

Kg-mm-s数

热流 2J=Kg · m 2 /

s 2

值· 10 -6

10

功率、热m · L 2 / t 3w

Kg-mm-s流量 = kg · m 2 /S

数

3

值· 10 -6

11

压力、应M / (t 2 · L)

Kg-mm-s力、模量Pa=Kg/(s

数

2 · m) 值· 10 6

M · L / (t 12

导热率

3 · K) Kg-m-s数

Kg · m/ (s 值· 10 -3 3 · K) 13 比热

L 2 / (t 2 · K) Kg-mm-s数

m 2 / (s 2 · K)值· 10 -6 M / (t

14

体热源 2 · L)Kg / (s

Kg-mm-s数

2 · m) 值· 10 3

M / (t

15 换热系数 3 · K)Kg / (s

Kg-mm-s数

2 · K)

值· 1.0

16

粘性系数M / (L · t)Kg

Kg-mm-s数

/ (m · s) 值· 10 3 M · L 2 / 17 熵

(K · t Kg-mm-s数

2)Kg·m2 / 值· 10 -6 (K · s 2)

18

比熵、质L 2 / (t Kg-mm-s数

6

Kg-m-s数值· 10

9

Kg-m-s数值· 10 9 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

3

Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值

g-cm-s数值· 10

-6

g-cm-s数值· 10 -9 g-cm-s数值

Kg-m-s数值· 10

6

Kg-m-s数值· 10 3 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

6

Kg-m-s数值· 10 3 Kg-m-s数值

Kg-m-s数

值 · 10 -3

Kg-m-s数值· 10 -6 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

3

Kg-m-s数值1.0

Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

6

Kg-m-s数值· 10 6 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

-3

Kg-m-s数值· 10 -6 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 1.0 Kg-m-s数值· 10 -3 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

-3

Kg-m-s数值· 10 -6 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10

6

Kg-m-s数值· 10 3 Kg-m-s数值

Kg-m-s数值· 10 Kg-m-s数值· 10 6 Kg-m-s数值

量熵

2 · T)m2 / 值· 10 -6 (s2 · K)

6

注：后三列中给出的是将kg-m-S 单位制中的数值转换到其它单位制时 (在准备输入数据时) 所乘的因子；如果需要将其它单位制中的数值转换到kg-m-S 单位制 (在分析计算结果时)，则应该除以该因子。