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[15-12-24]
[15-12-24]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：&
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
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：
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；
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=&J(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=&w(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：
长度L&&m(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=&m/mS=10-3m/S;
加速度：a=L/t2=&m/mS2=m/S2;
面积：A=L2=&m2=10-12m2;
体积：V=L3=&m3=10-18m3;
密度：ρ=m/L3=g/&m3=10-21kg/m3=10-12g/cm3;
力：f=m·L/t2=g·&m/mS2=10&3kg·m/S2=mN(牛);
力矩、能量、热量、焓等：e=m·L2/t2=g·&m2/mS2=10&9kg·m2/S2=10&9J(焦耳);
压力、应力、弹性模量等：p=m/(t2·L)=g/(mS2·&m)=109kg/(S2·m)=109Pa(帕)=GPa;
热流量、功率：ψ=m·L2/t3=g·&m2/mS3=10&6kg·m2/S3=10&6w(瓦);
导热率：k=m·L/(t3·T)=g·&m/(mS3·K)=kg·m/(S3·K);
比热：c=L2/(t2·T)=&m2/(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·&m)=106kg/(S·mm);
熵：S=m·L2/(t2·T)=g·&m2/(mS2·K)=10-9kg·m2/(S2·K);
质量熵、比熵：s=L2/(t2·T)=&m2/(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
Kg-m-s单 位 制
Kg-mm-s单 位 制
T-mm-s-Mpa单 位 制
g-mm-s单 位 制
Mm(10 -3 m)
Mm(10 -3 m)
Mm(10 -3 m)
T(10 3 Kg)
g(10 -3 Kg)
mm 2(10 -6 m 2)
mm 2(10 -6 m 2)
mm 2(10 -6 m 2)
mm 3(10 -9 m 3)
mm 3(10 -9 m 3)
mm 3(10 -9 m 3)
M · L / t 2
N (牛) =Kg · m / s 2
Kg · mm / s 2(10 -3 N)
T · mm / s 2(N)
g · mm / s 2(10 -6 N)
Kg / m 3(10 -3 g / cm 3)
Kg / mm 3(10 6 g / cm 3)
T / mm 3(10 9 g / cm 3)
g / mm 3(10 3 g / cm 3)
能量、焓、热量
M · L 2 / t 2
J (焦耳) = N · m= Kg · m 2 / S 2
Kg · mm 2 / S 2(10 -6 J)
T · mm 2 / S 2(10 -3 J)
g · mm 2 / S 2(10 -9 J)
功率、热流量
m · L 2 / t 3
w (瓦) = J / S= kg · m 2 / S 3
kg · mm 2 / S 3(10 &6 w)
T · mm 2 / S 3(10 &3 w)
g · mm 2 / S 3(10 &9 w)
压力、应力、模量
M / (t 2 · L)
Pa = N / m 2= Kg / (s 2 · m)
Kg / (s 2 · mm)(kPa)
T / (s 2 · mm) (MPa)
g / (s 2 · mm) (Pa)
M · L / (t 3 · K)
J / (m · s · K) =(Kg · m / (s 3 · K))
Kg · mm / (s 3 · K)(10 -3 Kg · m / (s 3 · K))
T · mm / (s 3 · K)(Kg · m / (s 3 · K))
g · mm / (s 3 · K)(10 -6 Kg · m / (s 3 · K))
L 2 / (t 2 · K)
J / (Kg · K) =(m 2 / (s 2 · K))
mm 2 / (s 2 · K )(10 -6 m 2 / (s 2 · K ) )
mm 2 / (s 2 · K )(10 -6 m 2 / (s 2 · K ) )
mm 2 / (s 2 · K )(10 -6 m 2 / (s 2 · K ) )
M / (t 2 · L)
J / m 3 =(Kg / (s 2 · m))
Kg / (s 2 · mm)(10 3 Kg / (s 2 · m) )
T / (s 2 · mm)(10 6 Kg / (s 2 · m) )
g / (s 2 · mm)(1.0 Kg / (s 2 · m) )
换热系数Cv
M / (t 3 · K)
J / (m 2 · s · K) =(Kg / (s 3 · K))
Kg / (s 3 · K)(Kg / (s 3 · K))
T / (s 3 · K)(10 3 Kg / (s 3 · K))
g / (s 3 · K)(10 -3 Kg / (s 3 · K))
粘性系数Kv
M / (L · t)
Kg / (m · s)
Kg/(mm · s)(10 3 Kg /(m · s) )
T / (mm · s)(10 6 g / (m · s) )
g / (mm · s)(1.0 g / (m · s) )
M · L 2 / (t 2 · K)
J / K = (Kg · m 2 / S 2 · K)
Kg · mm 2 / S 2 · K(10 -6 Kg · m 2/ S 2 · K)
T · mm 2 / S 2 · K(10 -3 Kg · m 2/ S 2 · K)
g · mm 2/S 2 · K(10 -9 Kg · m 2/ S 2 · K)
比熵s质量熵
L 2 / (t 2 · K)
J / (Kg · K )= (m 2 / S 2 · K)
mm 2 / S 2 · K(10 -6 m 2 / S 2 · K)
mm 2 / S 2 · K(10 -6 m 2 / S 2 · K)
mm 2 / S 2 · K(10 -6 m 2 / S 2 · K)
表2 不同单位制的物理量与Kg-m-s单位制的换算因子[注]
公制单位(Kg-m-s单位)
其它单位转换到Kg-m-s 单位制
kg-m-s单位转换到Kg-mm-s单位制
kg-m-s单位转换到T-mm-s-Mpa单位制
kg-m-s单位转换到g-mm-s单位制
Kg-mm-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 3
g-cm-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-mm-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-mm-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-mm-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-mm-s数值· 10 -9
Kg-m-s数值· 10 9
Kg-m-s数值· 10 9
Kg-m-s数值· 10 9
M · L / t 2N=Kg · m / s 2
Kg-mm-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 10 6
M / L 3Kg / m 3
g-cm-s数值· 10 3
g-cm-s数值· 10 -6
g-cm-s数值· 10 -9
g-cm-s数值· 10 -3
能量、焓热流
M · L 2 / t 2J=Kg · m 2 / s 2
Kg-mm-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 9
功率、热流量
m · L 2 / t 3w = kg · m 2 /S 3
Kg-mm-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 9
压力、应力、模量
M / (t 2 · L) Pa=Kg/(s 2 · m)
Kg-mm-s数值· 10 6
Kg-m-s数值&& · 10
Kg-m-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 1.0
M · L / (t 3 · K) Kg · m/ (s 3 · K)
Kg-m-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值1.0
Kg-m-s数值· 10 6
L 2 / (t 2 · K) m 2 / (s 2 · K)
Kg-mm-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 6
M / (t 2 · L)Kg / (s 2 · m)
Kg-mm-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 1.0
M / (t 3 · K)Kg / (s 2 · K)
Kg-mm-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 1.0
Kg-m-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 3
M / (L · t)Kg / (m · s)
Kg-mm-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 -3
Kg-m-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 1.0
M · L 2 / (K · t 2)Kg·m2 / (K · s 2)
Kg-mm-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 3
Kg-m-s数值· 10 9
比熵、质量熵
L 2 / (t 2 · T)m2 / (s2 · K)
Kg-mm-s数值· 10 -6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 6
Kg-m-s数值· 10 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。
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　　一、产品和技术简介：
JIFEX是中国具有自主版权的大型通用有限元分析和优化设计软件。它是在大连理工大学工程力学研究所研制多层子结构分析软件JIFEX、微机有限元分析软件DDJ—W、计算机辅助结构优化软件MCADS等基础上发展的集成化软件系统。1995年在全国自主版权CAD支撑软件评测中获得有限元软件唯一的一等奖。1997年获国家八五科技攻关重大科技成果奖。1998年被列为863/CIMS目标产品发展计划支持项目。
JIFEX具有Windows95环境下全新的图形交互式操作环境，是新一代的有限元分析与优化设计软件，具有自己特色的强大功能：方便灵活的有限元模型化功能，多层子结构方法，三维多体弹塑性接触分析，大型组合结构稳定性计算，多功能实用化的结构优化设计功能——特别是结构优化和动态性能优化 Windows95/NT下的图形交互与视算一体化环境，与AutoCAD集成的有限元建模及数据全自动生成，微机上的大规模计算能力——数万节点规模的大型结构强度分析和接触应力计算。
二、应用范围：
适用于机械、车辆、航空、航天、土木、石化、船舶、能源等各种工业领域的产品与结构设计。大连铁道学院机械工程研究所采用该软件对大连机车车辆厂、一汽集团无锡油泵油嘴研究所等多家单位的机车车体、柴油机、高速轮轨等结构进行结构分析和优化，不但大大缩短了设计周期，提高了设计水平，而且通过结构优化的手段解决了设计中难点问题，提高了产品的性能，并节省了大量原材料，创造经济益共计数千万。沈阳601所将该程序系统应用于飞机机身综合设计和机身钛合金结构的优化设计，在保证结构力学性能的情况下，大大降低了结构的造价，并缩短了设计周期，取得了结构分析和优化技术航空技术领域重要的应用成果。航天工业总公司一院一部，采用该程序系统对CZ—2E运载火箭上面级结构进行静动力优化设计，在保证结构的力学性能满足要求的条件下，减轻了结构的重量，为结构优化的研究成果在航天事业上的应用作出了贡献。
三、生产条件：
该产品为软件产品，可在MS
WINDOWS/WINDOWS95/NT平台运行。
四、规模与投资：
0.6--3.4万元/套。
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JIFEX软件的应用能够解决重大工程中的关键技术问题，提高工业设计水平和产品性能质量，推动技术进步和国防建设，具有非常重要的社会效益。
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1、商品化软件版本转让，套价格为0.6—3.4元人民币；
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3、应用JIFEX软件对工程项目技术咨询和计算。
[ 成果来源：工程力学系 ]建筑结构分区
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