桿單元
關注創(chuàng)建者：力學星空 創(chuàng)建時間：2019-07-12
桿單元的視頻教程
workbench靜力分析（三實例，學會梯度線荷載施加方法，鉸接點設置，梁桿單元轉換，共結點問題）
實現(xiàn)梁桿單元轉化，并解決鉸接點問題，wb+命令流。 Old North Park Bridge大橋wb求解，解決建模難點問題，及共結點問題。
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有限元課程（計算力學）合集（包括理論和代碼講解）
有限元課程全套課程 （1） 有限元課程緒論 （2） 有限元方法的概述 （3） 一維桿基本方程以及弱形式 （4） 二維平板問題以及格林公式 （5） 三角形單元以及剛度方程 （6） 桿單元局部坐標變換1 （7） 桿單元局部坐標變換2 （8） 桿單元局部坐標變換3 （9） 二維以及三維坐標變換
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ABAQUS梁單元加鋼筋、殼單元加鋼筋（纖維桿rebar)
講解了在ABAQUS中將鋼筋置于梁單元及殼單元，混凝土材料可用CDP； 講解了在ABAQUS中如何查看梁單元及殼單元中鋼筋內力，應力等； 將鋼筋置于梁單元和殼單元的方法還有inp文件編輯等方法，但參數等設置基本不變； 由于時間和精力等原因，視頻課程并不完美，若有討論，請私信，若有錯誤，請指教，并見諒。
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桿單元的實例教程
筆者提醒讀者，在workbench中，線模型劃分網格，默認為梁單元，如果要在workbench中指定某線體為LINK180單元，則必須插入command：</p><p>et, matid, link180</p><p>r, matid, A1 !A1為線體截面面積，必須輸入，在DM中指定的截面無效</p><p> 這里面有一個問題，讀者要思考。為什么workbench將線模型的默認單元指定為梁單元，改為桿單元需要這么麻煩輸入命令行呢？并且在workbench中查看桿單元的計算結果非常不方便。這是因為，只要設置對約束關系，完全可以用梁單元代替桿單元。比如桿單元的固定約束就是梁單元的簡支約束，兩個桿單元固接就是兩個梁單元鉸接。所以筆者認為，在workbench中可以不用了解和掌握桿單元，應該了解和掌握梁單元如何正確約束而替代桿單元。具體設置可查看后文<strong>實例二（如何用梁單元替代桿單元）。</strong></p><p><strong>3 梁單元BEAM188和BEAM189詳解</strong></p><p> 在力學理論中，常用的梁力學模型有兩種，一種是歐拉梁，不考慮剪切變形對梁撓度的影響，還有一種是鐵木辛柯梁，考慮剪切變形對撓度的影響，但假設切應力是均布的。BEAM188和BEAM189單元使用的梁模型為鐵木辛柯梁。BEAM188單元有兩個節(jié)點，BEAM189單元有三個節(jié)點，一般情況下每個節(jié)點有六個自由度，即沿節(jié)點坐標系XYZ的平移自由度和繞XYZ的轉動自由度，通過設置，可以開啟節(jié)點的第七個自由度，稱為翹曲自由度，筆者對翹曲自由度無研究。上文提到，梁單元是線模型分析的默認單元，所以筆者認為要分析線模型，則必須掌握梁單元。
展開 前一篇文章主要介紹了單元之間連接的主要原則，今天開始主要從具體方面講解連接方法。
按照桿、梁、殼、實體的順序，先說說桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時候需要用到桿單元與各種單元的連接呢？水哥稍微列舉下實際工程中需要考慮此類連接的例子。
案例一：工業(yè)廠房
此類結構一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結構形式，在具體模擬屋架時，此時各個桿件可看成鉸接，采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁單元進行模擬，在相交部位則需要用到桿單元與梁單元的連接。
案例二：門廳鋼結構雨棚
在具體模擬該結構時，雨棚上方拉桿采用桿單元模擬，而下方的鋼梁采用梁單元模擬，混凝土框架柱可采用實體單元模擬。
一直以來，桿單元一般用于模擬桁架結構的時候比較多，其特點是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)點只有平動自由度，是所有單元中最為簡單的一種。
桿單元分為2D桿單元和3D桿單元，2D桿單元節(jié)點只有Ux和Uy兩個平動自由度，而3D桿單元除了這兩個，還有Uz。其他單元，梁單元、殼單元、體單元都包含了這三個自由度，且具有相同的物理意義，按照前面一篇文章所介紹的連接總則，桿單元與其他單元連接時只需要共用節(jié)點即可，無需建立約束方程。
下面是一個簡單的類似雨棚案例，注意本案例各構件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經仔細推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡化模型如上，長度為4m，折算荷載為10 KN/m，雨棚梁采用工字型鋼I40，系桿截面面積為238.64mm^2，材料均為Q235，采用ANSYS模擬該結構。
下面為建模過程
!
展開 至此，桿單元結束，但在桿單元有限元分析中，仍有些沒提到的問題值得重視，例如：桿單元的方向問題、桿單元的個數對求解位移與應力的影響問題等。
有什么問題歡迎與我交流，微信聯(lián)系方式：
）
2 節(jié)點桿單元對比
篇幅原因，這里就不展現(xiàn)2節(jié)點桿單元云圖繪制語句了，可在后臺領取資源文件后，自行嘗試對比。
序：我要寫一期python和Abaqus與有限元的文章，從彈簧單元、桿單元一直到實體單元，通過簡單的實例用python編程，Abaqus驗證結果。
1d桿單元類似于上篇提過的彈簧單元，這里不再寫了，直接上手2d桿單元。桿單元剛度矩陣推導過程中需要遵守以下假定：
1）桿不能承受剪力或彎矩
2）忽略橫向位移影響
3）遵守胡克定律
4）桿中間無外載
例：圖示桁架與彈簧系統(tǒng)，已知桁架E=210GPa，A=0.0005m2，具體載荷如下圖所示，求：a）總剛；b）節(jié)點位移；c）單元應力。
一、有限元法求解
步驟1：離散化
單元
節(jié)點i
節(jié)點j
1
1
2
2
1
3
3
1
4
步驟2：寫單剛
單元1
θ=135°，cosθ=-0.707，sinθ=0.707
求解上式，得
同理，
步驟3：寫總剛
步驟4：邊界條件
本例中，u2=v2=u3=v3=u4=v4=0，F(xiàn)1x=0，F(xiàn)1y=-1000N，代入上述方程
步驟5：求方程，解u1和v1
利用上述方程不難解出u1=-0.095mm，v1=-0.19mm，具體不再贅述。
步驟6：后處理，求單元1應力與單元2應力
取出相應的方程可求得σ1=2.8Mpa，σ2=-2Mpa。
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下承式拱橋ansys全橋模型案例11個月前
LINK180 單元：用于模擬吊桿，該單元為三維桿單元，僅承受軸向拉力，符合吊桿的受力特性。模型中吊桿兩端與拱肋及主梁剛性連接，通過實常數定義截面面積及彈性模量，精確模擬吊桿的張拉效應。
幾何參數化：拱軸線采用懸鏈線方程生成，如有需要可以給出懸鏈線計算的python代碼，評論回復可分享討論。
下面簡要介紹幾種常見單元的剛度矩陣推導方法:
2.1 1D 單元（如桿單元）
對于二維問題，常用的單元包三角形單元（如3節(jié)點三角形單元）和矩形單元。
對于1D問題，常用的單元是桿單元（桿、梁等），它的剛度矩陣推導可以通過虛功原理來實現(xiàn)。 假設桿單元是線性的，材料為均勻彈性材料。
<p>基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態(tài)分析</p><p>預應力分析</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https:/
有限元法的基本思路是首先將系統(tǒng)離散化處理，對于該問題的桁架結構，是將其分解為桿單元和節(jié)點，這一步決定了有限元方法的精確度。利用公式單元剛度矩陣，并根據幾何關系利用直接剛度法，將每個單元裝配在系統(tǒng)剛度矩陣中。</p><p>題中求了8階的固有頻率和模態(tài)振幅，從結果中可以看出，隨著階數的增加固有頻率的值逐漸增加，模態(tài)幅值也逐漸變大。
寫出每個桿單元的剛度矩陣，再進行裝配。</p><p>求：結構的變形形狀（需要繪圖），最大垂直位移、最大壓應力和最大拉應力的大小和位置，以及兩個支撐節(jié)點上的約束力。
建筑平面的長寬比≤2；
4) 火災為燃料控制型，燃燒物為木材；
5) 墻壁及頂面為混凝土；
6) 無排煙及噴淋系統(tǒng)；
得出溫度關于火源點呈極對稱：T（x,y,z,t）→T（x,z,t）
大空間建筑的屋蓋結構:
1) 對桿件結構而言,可按腹桿長度劃分一個網格單元(雙層腹桿可劃分兩個網格單元)；
2) 對平面梁板結構而言，樓(屋)面板的厚度相對很小,可視為平面問題，支撐樓(屋)面板的梁可視為桿單元主要沿桿長方向對構件離散化
主要特征
1、三維殼單元和實體單元
2、剛體、桿單元、梁單元和高級彈簧單元
3、適用于結構、流體、流固耦合的接觸算法
4、豐富的材料庫，并帶有不同的失效模型,以及擴展有限元方法
5、所有邊界條件，特殊邊界條件(包括進出口邊界、無反射邊界、對稱邊界等)
6、有限體積法氣囊
7、傳感器， 可進行激活與取消
碰撞安全模型
</p><p> 輸入文件用法∶使用以下選項定義通過梁或者桿單元模擬的緊固件上的裝配載荷。本案例重點講解如何創(chuàng)建1D螺栓預緊力。
Node、Element下面的數據行一看便知，Material（桿單元）下面的數據行分別對應截面面積和彈性模量，Load下的數據行：1，1，200表示1號節(jié)點的1自由度上施加200的力，MFEA單位概念與Abaqus規(guī)則一致，Constr下面的數據行：2，1，2表示2號節(jié)點的1自由度上施加2的位移。
