梁單元截面優化
關注創建者：謝曉峰 創建時間：2020-06-14
梁單元截面優化的視頻教程
OptiStruct梁單元截面尺寸優化
梁單元尺寸優化操作流程 fem文件結構介紹 HyperWorks幫助文檔使用介紹 編輯fem文件實現快速創建尺寸設計變量 尺寸優化結果查看
免費 35分鐘 479播放
查看
HyperMesh+LS_dyna_簡單截面（如矩形）懸臂梁_Beam積分梁單元ELFORM1
本期內容講解利用1D梁單元創建懸臂梁。共有三個視頻，第一個視頻講懸臂梁的創建，第二個視頻講輸出設置及求解計算，第三個視頻講后處理。單位系統為ton, mm, s。
￥49.99 20分鐘 34播放
查看
HyperMesh+LS_dyna_復雜工字型截面的懸臂梁_Beam合力梁單元ELFORM2
本期內容講解利用1D梁單元創建復雜工字型截面的懸臂梁。選用的梁單元類型LS-DYNA中的ELFORM2，Belytschko-Schwer合力梁單元。整個模型單位系統為ton, mm, s。
￥69.99 9分鐘 7播放
查看
梁單元截面優化的實例教程
變截面梁單元在工程設計中經常使用，例如建筑結構中的懸挑梁就經常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結構如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發現，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section，選擇截面積分為before analysi，然后選擇截面沿長度變化為Tapered，接著指定start 端和 end 端的profile，并輸入相應的材料屬性。（如果是B31和B32單元需要定義橫向剪切剛度，一般在1e10左右數量級，也可參考幫助文檔的公式進行具體計算，如果需要輸出梁截面的應力，則還需要定義output points坐標作為應力輸出的位置）
其他按照普通梁單元的方式進行定義即可，以上就是定義變截面梁單元的具體步驟，使用變截面梁單元需要注意以下幾點：
（a）即使是變截面梁單元首端和末端截面不能相差太大，如果兩端面積或者慣性矩之比大于10.0，則軟件會報錯表明截面相差太大。
（b）變截面梁單元截面剛度積分只能基于變形前積分。
（c）對于一個幾何梁被劃分為多個梁單元的情況下，需要對每個梁單元分別指定不同的section，如果只定義整個幾何梁的首端和末端，可能會使得實際的梁截面是“鋸齒形”，如下圖所示：
下載地址：使用ABAQUS 生成纖維梁截面
展開 如果是線性問題，那么Nastran和Abaqus的精度誤差主要體現在單元算法、邊界處理、MPC約束關系等，在2017年第二篇：S4殼單元質量矩陣研究文章中我們就曾經分析過Abaqus的S4殼單元和Nastran的Quad4殼單元質量矩陣的內部實現方式和差異，在這里主要研究Abaqus、iSolver與Nastran梁單元差異，由于這三款軟件的梁單元的差異較多，我們分幾篇文章來說明，本篇是Abaqus、iSolver和Nastran梁差異（2）-梁截面方向。
2.1 梁截面方向
有限元是求受力情況下的位移等變形情況，也就是位移等未知量和外力存在一定關系。對于一根三維實體梁，梁實際受到的外力是三維全局空間的，如果直接用全局坐標系下三維的力來求梁的受力分析，那么就需要對梁劃分為三維的體單元求解，網格數目和計算效率比較差，一種簡單方法是對那些細長的梁（Abaqus認為是細長比>8），此時可以用簡單的等效為線單元的形式來表達位移和外力的關系，這樣只要用一個線單元就可以表示這個三維實體梁了，大大簡化了求解矩陣。
實際的加載是多個力的組合，譬如下方采用手輪加載的力、彎矩和扭矩外載荷
但梁的有限元中可以把這個線單元受力關系分為：
（1） 軸向拉伸力
（2） 軸向扭轉
（3） 橫向彎曲力，可以加力載荷或者彎矩
三部分，此時每部分都有簡單的位移和外力的公式，也就是存在一個局部坐標系，簡化梁理論總是先求出梁單元局部坐標系的剛度和質量陣，然后再用三維變換直接轉到全局坐標系下。
對（1）（2）軸向的受力，沿梁的軸向方向，而對（3）彎曲力，沿截面方向。
展開 ansys中梁單元截面類型總共給了12種，如下圖
最后一種“ASEC”，即其他亞類，不需要形狀，只需輸入一些截面的數據即可。
ASEC類型有如下圖幾個參數：
如圖共有11種關于截面屬性的參數：A,Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHz, TKz,
TKy
各個屬性所代表的參數的意義
A = Area of section 截面面積
Iyy = Moment of inertia about the y axis 對y軸的慣性矩
Iyz = Product of inertia 慣性積
Izz = Moment of inertia about the z axis z軸的轉動慣量
Iw = Warping constant 翹曲慣性矩
J = Torsional constant 扭轉常數
CGy = y coordinate of centroid y坐標的重心
CGz = z coordinate of centroid z坐標的重心
SHy = y coordinate of shear center y坐標的剪切中心
SHz = z coordinate of shear center z坐標的剪切中心
TKz = Thickness along Z axis (maximum height)沿Z軸厚度
TKy = Thickness along Y axis (maximum width)沿Y軸厚度
展開 其實個人主要做機械結構方面的分析，很少接觸到需要大量調整的梁結構。會考慮寫這樣一篇文章主要源于前幾天夜談會室友向我們抱怨，說做項目用NX Nastran調整了120根梁截面的方向，因為基體結構是個圓筒，所以調整起來異常麻煩。當時我想著沒這么麻煩吧，于是第二天用hypermesh試了下，發現的確不是很容易，于是就該問題總結了一些方法，可能不是很好，但有總比沒有好。下面用兩個例子來進行說明：
第一個案例是這種圓筒結構（平面框架的就不說了），內部有橫向以及縱向的U形輻條，其中槽口均朝向各截面圓心處。
圖 1 圓筒框架示意
第二個案例是任意曲面形式的結構，內部也有一定形式擺放的縱向U形梁，各槽口指向所在曲面的內法線方向（第一種的擴展）
圖 2 曲面框架示意
1 方向節點和方向矢量
在進行案例的說明之前，有兩個概念得先和大家說一下，就是梁單元的方向節點和方向矢量。其實從文章題目可以看出，我主要想強調下方向矢量的概念和使用。
圖 3 梁單元坐標系創建示意
首先我們得明白一點，梁截面的方向是與單元坐標系一致，因此我們的重點在于梁單元的單元坐標系是如何建立的。如上圖所示梁單元，單元坐標系的原點在單元中心，根據1（I節點）→2（J節點）我們知道了梁單元的X方向，其次，我們指定了一個方向節點3（K節點），那么1→3實際定義了一個方向矢量V。利用X方向以及方向矢量V，根據右手定則（V叉乘X）可以得到單元坐標系的Y軸，再使用一次右手定則（X叉乘Y）就得到了Z方向。也就是上圖中的白色（X），綠色（Y），藍色（Z），這樣截面的Y，Z就直接與單元坐標系的Y，Z對應上了。
展開 ANSYS梁單元自定義截面
梁單元作為一種簡單且高效的計算單元，在結構分析尤其是建筑結構中得到廣泛的應用。使用梁單元可以避免將結構中梁柱全部轉換為實體單元，從而降低了計算量，且梁單元結構形式簡單，求解精度也相對較高。在ANSYS中，梁單元基本上可以分為線性單元和二次單元，二者之間計算理論不同，經典的二次單元即BEAM189單元的積分點如下圖所示：
在ANSYS中可以為BEAM單元定義截面，其中大部分經典的截面形式都包含在ANSYS的截面庫中，但是經典的梁單元計算時截面方向分為四個單元，這對于一般計算來說是足夠的，但如果需要仔細分析截面方向的內力，可能就略顯的粗糙了。除此之外，鋼管混凝土、組合梁之類也都是異形梁截面，此時標準截面庫中的數據也沒什么用。針對這個問題存在兩種解決方式，一種是使用ASEC自定義截面參數，這個命令不管截面如何，只需要給出截面相關的信息即可，截面的信息輸入如下圖所示：
至于這些截面的參數可以使用簡單的截面計算工具得到，如果是鋼筋混凝土梁這種比較復雜的復合梁，那么需要使用Xtract之類的截面有限元軟件進行計算。將截面信息填入。采用ASEC的截面輸入方式計算效率高，截面信息準確的話，精度也不差，但缺點是不能輸出截面積分點和柵點的數據。
另一種方式就是自定義截面，其基本思路如下：
1.設定MESH200單元，建立截面幾何形狀；
2.用MESH200單元劃分截面，并保存截面數據；
3.建立計算幾何模型，讀取截面數據；
4.賦予模型截面，施加邊界條件計算；
5.后處理。
展開 
梁單元截面優化的相關專題、標簽、搜索
梁單元截面優化的最新內容
開篇點題，不說廢話，直接給出生成梁單元的手動操作方式和模塊化命令流。
手動操作
介紹一下標準化生產梁單元截面特性，便于后續的梁單元建模和仿真。
1，CAD做成sat文件：首先生成面域
2，file導入ACIS
3，定義單元，劃分網格
ET,1,plane82 !添加單元類型plane82
（原創，歡迎轉載，轉載請說明出處）
1 概述
本系列文章研究成熟的有限元理論基礎及在商用有限元軟件的實現方式，通過
（1） 基礎理論
（2） 商軟操作
（3） 自編程序
三者結合的方式將復雜繁瑣的結構有限元理論通過簡單直觀的方式展現出來，同時深層次的學習有限元理論和商業軟件的內部實現原理。
有限元的理論發展了幾十年已經相當成熟，商用有限元軟件同樣也是采用這些成熟的有限元理論
變截面梁單元在工程設計中經常使用，例如建筑結構中的懸挑梁就經常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結構如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發現，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section
變截面梁單元在工程設計中經常使用，例如建筑結構中的懸挑梁就經常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結構如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發現，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section
梁模型
有限元模型
結果查看
結果查看
附件包括分析模型
其實個人主要做機械結構方面的分析，很少接觸到需要大量調整的梁結構。會考慮寫這樣一篇文章主要源于前幾天夜談會室友向我們抱怨，說做項目用NX Nastran調整了120根梁截面的方向，因為基體結構是個圓筒，所以調整起來異常麻煩。當時我想著沒這么麻煩吧，于是第二天用hypermesh試了下，發現的確不是很容易，于是就該問題總結了一些方法，可能不是很好，但有總比沒有好。下面用兩個例子來進行說明：
梁單元作為一種簡單且高效的計算單元，在結構分析尤其是建筑結構中得到廣泛的應用。使用梁單元可以避免將結構中梁柱全部轉換為實體單元，從而降低了計算量，且梁單元結構形式簡單，求解精度也相對較高。在ANSYS中，梁單元基本上可以分為線性單元和二次單元，二者之間計算理論不同，經典的二次單元即BEAM189單元的積分點如下圖所示：
在ANSYS
ansys中梁單元截面類型總共給了12種，如下圖
最后一種“ASEC”，即其他亞類，不需要形狀，只需輸入一些截面的數據即可。
ASEC類型有如下圖幾個參數：
如圖共有11種關于截面屬性的參數：A,Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHz, TKz,
TKy
各個屬性所代表的參數的意義
A = Area of section 截面面積
Iyy =
經典版見水哥的帖子
鏈接為：
梁單元截面偏置(用戶自定義位置)計算方法
workbench的方法
主要是梁的定義
未打開截面的幾何模型
打開截面的幾何模型具體的對齊方式
網格劃分：
workbench的優點：
操作方便，簡單易懂
workbench的缺點
無法像經典能夠對截面的長寬邊的劃分數目進行控制，只能是1.我找了好久，確實沒發現，貌似workbench
對于梁單元和殼單元而言，ANSYS默認單元中心為截面幾何中心，有的時候為更好的符合實際受力模型，很多時候需要對所建立的單元進行截面偏置。特別針對于框架結構建模過程中，如果要進行精細化的建模，如何計算各個截面的偏置距離是一大問題。對于初學者來說，這個是不斷調試的過程或者甚至不管，今天就簡單闡述下如何計算梁單元的截面偏置距離以及方向。
計算主要分為以下幾個步驟：
一、確定幾何直線的方向
