前文已經(jīng)通過《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-基本步驟1》系列詳細說明了hypermesh與ansys聯(lián)合仿真時的基本過程，下面通過一列文章按照單元類型分別介紹不同單元類型的建模方法以及使用這些單元時需要注意的問題，當忽略這些問題時往往會造成較大的誤差甚至錯誤。

梁單元簡介

當結(jié)構(gòu)長度方向尺寸明顯大于截面尺寸時（常常設(shè)定為10:1），我們可以將結(jié)構(gòu)簡化為一維的梁單元，相比于三維的實體單元可以在保證求解精度的情況下大大降低計算量。ANSYS中3D分析中的梁單元主要采用Beam188和Beam189，均被默認為鐵摩辛柯（Timoshenko）梁單元，該假設(shè)認為變形后橫截面保持平面且不發(fā)生扭曲，可以計算彎曲、拉壓、扭轉(zhuǎn)并且考慮剪切變形的影響，兩種梁單元可以滿足大多數(shù)工程問題。

Beam188 單元具有I和J兩個節(jié)點，每個節(jié)點有6-7個自由度。在高版本中可以通過KEYOPT(3)選擇插值函數(shù)，默認KEYOPT(3)=0，單元在梁長度方向只有一個積分點，因此在采用SMISC獲取節(jié)點I和J的結(jié)果時，以重心的結(jié)果表示兩個節(jié)點的結(jié)果，導致彎矩圖呈現(xiàn)鋸齒狀；如果KEYOPT(3)=2，ANSYS采用增加一個內(nèi)部節(jié)點（用戶無法訪問）沿著梁長設(shè)置兩個積分點，這樣彎矩圖沿著梁線性變化不再呈鋸齒狀。當KEYOPT(3)=2時除了初始幾何為直線（不管是否采用二次插值）和不能訪問增加的節(jié)點外其他和Beam189相同。目前2019版本的Hypermesh可以為ANSYS求解器設(shè)置線性插值、二次插值和三次插值。Beam188單元支持線性分析，大轉(zhuǎn)動、大應(yīng)變等非線性分析，支持彈性材料定義， 塑性、蠕變以及其余非線性材料定義。

梁單元關(guān)鍵字

Beam188 提供了單元選項 K1、K2、K3、K4、K6、K7、K9、K11、K12 和 K15，其中 K3 是比較重要的設(shè)置選項，用于確定單元的插值函數(shù)。Hypermesh中為ANSYS的Beam188單元提供了3種選項：線性插值函數(shù)（K3=0），默認選項；二次插值函數(shù)（K3=2）；三次插值函數(shù)（K3=3）。建議設(shè)置單元選項 K3=3，這是因為梁的橫向彎曲變形模式為三次多項式，設(shè)置單元形函數(shù)為三次式，有助于獲得更準確的解答，在《正確選擇梁單元以及如何考慮梁的剪切變形》一文中已經(jīng)做了詳細介紹，與采用很密的網(wǎng)格相比，梁單元采用高級形函數(shù)在提高計算精度上效率更高。

Beam188和Beam189均可以通過KEYOPT(1)=1開啟單元的第七個自由度，即翹曲自由度。其他關(guān)于單元關(guān)鍵字的設(shè)置參考《ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元與應(yīng)用》或者ANSYS幫助文檔。如圖在Hypermesh中通過添加sensor來定義單元類型和設(shè)置單元的關(guān)鍵字 ,當鼠標停留在相應(yīng)關(guān)鍵字上時會顯示該關(guān)鍵字的解釋，勾選相應(yīng)關(guān)鍵字后會在下拉框顯示全部的選項。

梁截面

橫截面定義了垂直于梁軸向的截面形狀。Hypermesh2019為ANSYS求解器預(yù)設(shè)了10種常用的標準梁截面，用戶通過編輯尺寸即可。也可以通Hypermesh2019自定義shell section和solid section梁截面以及廣義梁截面，廣義梁截面通過定義截面屬性來確定梁的參數(shù)，前面提到的截面是通過定義截面幾何尺寸來定義梁的參數(shù)。

在hypermesh中定義的步驟是先在HyperBeam View中定義梁截面然后切換回到Model通過Properties建立屬性來連接到前面定義的梁截面，再將屬性賦給對應(yīng)的Component。在設(shè)置有方向性的梁截面時要十分小心梁截面的方向，保證與實際的梁方向一致，這一點非常重要，將在后續(xù)文章介紹。

hypermesh為ANSYS創(chuàng)建梁單元的基本流程

1.快速建立圓形截面梁

在Model下右擊Components建立一個新的component并命名為beam，然后分別建立材料卡片、截面屬性卡片和單元卡片，分別命名為steel、section和beam188。為材料卡片設(shè)置好材料參數(shù)，選擇打開單元關(guān)鍵字Keyopt3并切換為三次。

鼠標左鍵單機選中section屬性卡片，正下方出現(xiàn)對應(yīng)section的設(shè)置框，Card Image選擇SECTYPE，TYPE選擇BEAM，SBUTYPE選擇CSOLID（實心圓形截面），然后在SECDATA欄下設(shè)置半徑R=2.0，其他默認，其中N和T分別表示沿圓周和半徑分別劃分的份數(shù)。指定截面的位置為剪切中心（SHRC）如下圖。設(shè)置好屬性卡片后分別賦予component>beam即可。

選擇component>beam作為當前，開始建立幾何。這里需要建立一條線體來表示一維的梁。將面板切換到Geom，點擊nodes通過坐標分別新建兩個節(jié)點（0,0,0）和（100,0,0）。

返回到上一級面板，點擊lines，通過兩點新建一個線。

返回到上一級面板，切換到1D面板，點擊line mesh開始將線劃分網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為2，單元配置選擇bar2，其他默認設(shè)置。激活lines按鈕，點擊選中前面新建的線后點擊面板中的mesh，觀察網(wǎng)格效果，確認后點擊return完成網(wǎng)格劃分，這里沒有設(shè)置截面方向，因為圓形截面是圓周中心對稱的，任何方向計算的結(jié)果都是一樣的。該種方法建立的梁單元并不能顯示三維效果。

2. 通過HyperBeam View創(chuàng)建圓形截面梁

點擊下圖進入HyperBeam View視圖。

HyperBeam view視圖下開始都是空白的，在左側(cè)右擊空白區(qū)域在彈出的快捷菜單選擇創(chuàng)建，選擇ANSYS下預(yù)設(shè)的截面類型，選擇csolid即為圓形實體截面，新建的截面名稱命名為section_csolid。設(shè)置半徑為2，視圖區(qū)顯示截面效果，右側(cè)顯示截面的幾何屬性。

切換回到Model View視圖下，選中property下的section，將Hyper beam section設(shè)置為剛才新建的section_csolid，此時再通過設(shè)置在圖形區(qū)顯示出了梁的3D效果，如下圖的最下面圖標。

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精彩鏈接：

《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元2》

《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元3》

《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元4》

《正確選擇梁單元及如何考慮梁剪切變形》