ansys梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠鹊陌咐?/h1> 基于ansys的梁單元、實(shí)體單元徐變精細(xì)化分析（含各參數(shù)解釋?zhuān)?/span> ￥25 徐變應(yīng)變可表達(dá)為：
其中， ?(t,τ)為徐變系數(shù)，需通過(guò)規(guī)范公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)擬合確定
Ansys程序中內(nèi)置金屬蠕變規(guī)律如下：
命令中詳細(xì)解釋了改公式的具體用法，以及參數(shù)意義。
二者除個(gè)別參數(shù)外形式具有異曲同工之妙，因此本案例給出用ansys精確分析混凝土徐變的方法，案例背景模擬了一個(gè)混凝土PK梁特定工況下的徐變發(fā)生過(guò)程。
案例文件中包含：
1. 00-ConcreteCreep-benchmark.mac【徐變標(biāo)定文件，開(kāi)箱即用，可以用來(lái)和手算對(duì)比是否正確】
2. 01-ConcreteCreep-solid.mac【分輸入模塊的參數(shù)化徐變計(jì)算文件【詳細(xì)解釋了各參數(shù)取值】。只需要改文件和計(jì)算邊界荷載即可計(jì)算實(shí)體徐變。】
3. ansa文件，用來(lái)生成網(wǎng)格
4. .cdb文件，網(wǎng)格文件
5. excel轉(zhuǎn)apdl命令流文件，用來(lái)輸入徐變系數(shù)。
進(jìn)一步白話闡述一下：
1、什么是徐變？別看公式一大堆，理論一大推，簡(jiǎn)單講就是：受力的結(jié)構(gòu)，啥邊界條件、荷載不變的情況下，結(jié)構(gòu)還是慢慢變形了。將這種慢慢變形的變形結(jié)果以及應(yīng)力重分配準(zhǔn)確分析出來(lái)就是徐變分析。機(jī)理一大堆，教科書(shū)上都比較詳盡，在此不做贅述，只講應(yīng)用，而且是拿到案例開(kāi)箱即用。
白話闡述要點(diǎn)：
1、案例是ansys apdl（命令流）分析的，給出了全套參數(shù)化命令流，材料模型定義、材料參數(shù)定義、求解，拿過(guò)來(lái)可以直接運(yùn)行。
2、機(jī)理是用了ansys中關(guān)于金屬蠕變的材料模型。（細(xì)想蠕變和徐變的現(xiàn)象，表征都是一樣的。至于機(jī)理，各有各的理論，但不影響材料模型使用。）
具體使用：
1、，先跑一遍，看看到底徐變是怎么個(gè)事兒。 展開(kāi) 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列6：General梁單元剛度矩陣 ￥1 ==總結(jié)==
General梁的B31單元的剛度矩陣在Timoshenko梁理論基礎(chǔ)上的修正如下表：
項(xiàng)次
剛度
修正
不修正
說(shuō)明
1
軸向拉伸剛度
√
2
橫向彎曲剛度
√
采用減縮積分
3
軸向拉伸和橫向彎曲耦合剛度
√
根據(jù)形心偏置進(jìn)行修正
4
軸向扭轉(zhuǎn)剛度
√
剪切中心的偏置會(huì)影響抗扭剛度系數(shù)J
5
橫向剪切剛度
√
增加了一個(gè)幾何因子，使得細(xì)長(zhǎng)梁的時(shí)候該項(xiàng)趨于0。
6
軸向扭轉(zhuǎn)和橫向剪切耦合剛度
√
根據(jù)剪切中心的偏置進(jìn)行修正。
7
其它元素
√
都為0
詳細(xì)研究方法，見(jiàn)附件：
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列6：General梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠?/em>矩陣(SnowWave02 20180830).pdf
==以往的系列文章==
第一篇：S4殼單元?jiǎng)偠?/em>矩陣研究。介紹Abaqus的S4剛度矩陣在普通厚殼理論上的修正。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/338859
第二篇：S4殼單元質(zhì)量矩陣研究。介紹Abaqus的S4和Nastran的Quad4單元的質(zhì)量矩陣。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/343905
第三篇：S4殼單元的剪切自鎖和沙漏控制。介紹Abaqus的S4單元如何來(lái)消除剪切自鎖以及S4R如何來(lái)抑制沙漏的。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/350865
第四篇：非線性問(wèn)題的求解。 展開(kāi) 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列12： 幾何梁單元的剛度矩陣 ￥1 實(shí)際的梁都是有截面形狀的，也就是幾何Geometry梁，商用軟件分析時(shí)都采用兩步走的形式：
（1） 第一步：通過(guò)這些截面形狀類(lèi)型和參數(shù)得到構(gòu)建梁?jiǎn)卧?/em>所需的基本截面屬性參數(shù)，譬如矩形面積=長(zhǎng)*寬等。
（2） 第二步：利用上面得到的截面屬性參數(shù)組成梁?jiǎn)卧?/em>的剛度矩陣。
梁相對(duì)殼來(lái)說(shuō)，商業(yè)軟件的修正方式相對(duì)較少，如果自己編程序，采用這些修正方式可以得到和商業(yè)軟件完全一致的梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠?/em>矩陣，如果剛度矩陣完全一致，那么對(duì)任何的梁的算例都可以得到和商業(yè)軟件完全一致的結(jié)果了。在本系列第六篇我們討論了General梁?jiǎn)卧?/em>的剛度矩陣的基本理論和Abaqus的修正方式，Geometry梁的計(jì)算方法只是比第一類(lèi)梁多了一步怎么從截面幾何參數(shù)得到截面屬性參數(shù)，當(dāng)然針對(duì)不同形狀類(lèi)型，Abaqus計(jì)算截面屬性參數(shù)時(shí)也做了許多的修正，本篇中將進(jìn)行討論。然后在自編有限元程序iSolver實(shí)現(xiàn)同樣的修正方式，最后驗(yàn)證iSolver的結(jié)果和Abaqus完全一致，從而證明Abaqus對(duì)幾何梁的內(nèi)部修正和我們?cè)O(shè)想的一致。同時(shí)，通過(guò)L梁的算例將會(huì)證明Abaqus用戶(hù)手冊(cè)的一點(diǎn)小錯(cuò)誤（難得發(fā)現(xiàn)Abaqus文檔的錯(cuò)誤^.^），即General梁的慣性矩后臺(tái)計(jì)算時(shí)是相對(duì)于形心的（而不是文檔所說(shuō)的相對(duì)于1-2軸的）。具體驗(yàn)證過(guò)程也可以參考我們的演示錄像。 展開(kāi) ANSYS梁單元與實(shí)體單元的耦合與約束方程 ANSYS梁?jiǎn)卧?/em>與實(shí)體單元的耦合與約束方程
By長(zhǎng)安CAE
1 概述
在ANSYS計(jì)算過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)遇到不同單元之間進(jìn)行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時(shí)通常需要通過(guò)耦合和約束方程建立節(jié)點(diǎn)自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
耦合可以理解成是將耦合的對(duì)象某個(gè)自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個(gè)關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)系的自由度。如圖1所示，為梁?jiǎn)卧?/em>與平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無(wú)法完成，因?yàn)槠矫?em>單元沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
圖1 梁?jiǎn)卧?/em>與平面單元連接
為使節(jié)點(diǎn)2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點(diǎn)之間的自由度滿足以下關(guān)系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過(guò)CE命令，即可將此關(guān)系通過(guò)約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點(diǎn)。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢(xún)CE命令的解釋?zhuān)鐖D2所示。
圖2 ANSYS的CE命令解釋
CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
其中，NEQT表示常數(shù)，用于區(qū)別約束方程，一般可以用數(shù)字1、2、3表示即可，表示第幾個(gè)約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項(xiàng)，一般為0；
NODE1，表示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，就是三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
C1，表示該自由度的系數(shù)；
同理，后面的也一樣。 展開(kāi) 
ANSYS各類(lèi)型單元連接專(zhuān)題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接 例如采用ANSYS模擬一個(gè)多層混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般除計(jì)算整體指標(biāo)外，我們?cè)谟?jì)算具體荷載作用時(shí)（如風(fēng)荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時(shí)可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁?jiǎn)卧?/em>模擬，此時(shí)變?yōu)?em>梁?jiǎn)卧?/em>包含在殼面內(nèi)的情況，當(dāng)然此類(lèi)情況是否需要考慮截面偏置，可根據(jù)具體工程而定。
對(duì)這中梁?jiǎn)卧?/em>包含在殼單元面內(nèi)的情況，只需要將梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元共用節(jié)點(diǎn)即可，而無(wú)須格外建立約束方程。
三、梁?jiǎn)卧?/em>在殼單元內(nèi)但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內(nèi)，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元的連接在端部可以通過(guò)剛性梁和剛性區(qū)域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區(qū)域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。 展開(kāi) ANSYS中整體、單元剛度和質(zhì)量矩陣的提取 指定輸出單元矩陣
/SOLU
SOLVE
finish
/OUTPUT, TERM ! 將輸出信息送到output windows中
! 這時(shí)用編輯器打開(kāi)cp.out文件，可以看到按單元寫(xiě)出的質(zhì)量、剛度等矩
陣
ANSYS中整體、單元?jiǎng)偠?/em>和質(zhì)量矩陣的提取.rar ANSYS各類(lèi)型單元連接專(zhuān)題講解（二）之桿與梁殼體單元的連接 前一篇文章主要介紹了單元之間連接的主要原則，今天開(kāi)始主要從具體方面講解連接方法。
按照桿、梁、殼、實(shí)體的順序，先說(shuō)說(shuō)桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時(shí)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(shí)際工程中需要考慮此類(lèi)連接的例子。
案例一：工業(yè)廠房
此類(lèi)結(jié)構(gòu)一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)形式，在具體模擬屋架時(shí)，此時(shí)各個(gè)桿件可看成鉸接，采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁?jiǎn)卧?/em>進(jìn)行模擬，在相交部位則需要用到桿單元與梁?jiǎn)卧?/em>的連接。
案例二：門(mén)廳鋼結(jié)構(gòu)雨棚
在具體模擬該結(jié)構(gòu)時(shí)，雨棚上方拉桿采用桿單元模擬，而下方的鋼梁采用梁?jiǎn)卧?/em>模擬，混凝土框架柱可采用實(shí)體單元模擬。
一直以來(lái)，桿單元一般用于模擬桁架結(jié)構(gòu)的時(shí)候比較多，其特點(diǎn)是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)點(diǎn)只有平動(dòng)自由度，是所有單元中最為簡(jiǎn)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(diǎn)只有Ux和Uy兩個(gè)平動(dòng)自由度，而3D桿單元除了這兩個(gè)，還有Uz。其他單元，梁?jiǎn)卧?/em>、殼單元、體單元都包含了這三個(gè)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(shí)只需要共用節(jié)點(diǎn)即可，無(wú)需建立約束方程。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)似雨棚案例，注意本案例各構(gòu)件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經(jīng)仔細(xì)推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡(jiǎn)化模型如上，長(zhǎng)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(jié)構(gòu)。
下面為建模過(guò)程
! 展開(kāi) ANSYS各類(lèi)型單元連接專(zhuān)題講解（四）之2D梁與2D實(shí)體單元剛接 前面文章主要講解了梁?jiǎn)卧?/em>與其他類(lèi)型單元鉸接的情況，從本篇文章開(kāi)始，將主要講解梁?jiǎn)卧?/em>與各類(lèi)單元剛接的情況，而這也是我們?nèi)粘９こ讨斜容^常見(jiàn)的一種連接方式。
首先從2D平面單元單元開(kāi)始說(shuō)起。
盡管現(xiàn)在的ANSYS版本已經(jīng)摒棄了很古老的2D梁?jiǎn)卧?/em>，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類(lèi)方面仍具有一定的講解價(jià)值，例如我們計(jì)算一榀框架的時(shí)候多數(shù)時(shí)候是采用2D平面單元的。
2D梁?jiǎn)卧?/em>包括：beam3、beam23、beam54
2D實(shí)體單元：plane單元
一般來(lái)講，2D梁?jiǎn)卧?/em>與2D實(shí)體單元剛接一般分為三種方法：
1）約束方程法；2）偽梁法；3）MPC法。
三種方法的連接原理無(wú)非是建立自由度之間的關(guān)系方程，但值得注意的是由于采用了局部區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，因而在建立關(guān)系的局部區(qū)域內(nèi)可能會(huì)有應(yīng)力集中的情況，后處理當(dāng)中應(yīng)格外注意。
約束方程法后續(xù)講解3D梁?jiǎn)卧?/em>連接時(shí)會(huì)詳細(xì)說(shuō)明，此處簡(jiǎn)單說(shuō)下偽梁法與MPC法。
其實(shí)偽梁法與MPC法原理基本一樣，構(gòu)造一個(gè)虛擬梁?jiǎn)卧?/em>，使虛擬梁?jiǎn)卧?/em>與外部梁?jiǎn)卧?/em>剛接，虛擬梁?jiǎn)卧?/em>與內(nèi)部實(shí)體單元強(qiáng)制剛接，從而間接實(shí)現(xiàn)外部梁?jiǎn)卧?/em>與實(shí)體單元的剛接效果。
使用偽梁法需注意的是，在建立虛擬梁?jiǎn)卧?/em>時(shí)，虛擬梁?jiǎn)卧?/em>應(yīng)至少與實(shí)體單元的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，剛度可取為無(wú)窮大或者實(shí)際梁?jiǎn)卧?/em>的10^5倍。
下面以一個(gè)小案例來(lái)演示。
如上圖所示，兩塊小鋼板中間靠一小鋼梁連接，小鋼梁上有均布荷載，尺寸如上所示，均以mm計(jì)，中間鋼梁所受均布荷載為10KN/m,采用ANSYS模擬該情況。 展開(kāi) Hypermesh為ansys創(chuàng)建梁單元（一） ￥1 Hypermesh與ansys聯(lián)合仿真系列之Hypermesh為ansys創(chuàng)建梁?jiǎn)卧?/em>（一）。
本文介紹ansys梁?jiǎn)卧?/em>中的beam188和beam189及它們之間的本質(zhì)區(qū)別，以及仿真時(shí)對(duì)兩種梁?jiǎn)卧?/em>的選擇建議。簡(jiǎn)介梁?jiǎn)卧?/em>的關(guān)鍵字設(shè)置及截面設(shè)置，主要介紹通過(guò)Hypermesh在ansys求解器下兩種創(chuàng)建梁?jiǎn)卧?/em>的詳細(xì)步驟及效果對(duì)比。 ANSYS梁單元自定義截面 梁?jiǎn)卧?/em>作為一種簡(jiǎn)單且高效的計(jì)算單元，在結(jié)構(gòu)分析尤其是建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。使用梁?jiǎn)卧?/em>可以避免將結(jié)構(gòu)中梁柱全部轉(zhuǎn)換為實(shí)體單元，從而降低了計(jì)算量，且梁?jiǎn)卧?/em>結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，求解精度也相對(duì)較高。在ANSYS中，梁?jiǎn)卧?/em>基本上可以分為線性單元和二次單元，二者之間計(jì)算理論不同，經(jīng)典的二次單元即BEAM189單元的積分點(diǎn)如下圖所示：
在ANSYS中可以為BEAM單元定義截面，其中大部分經(jīng)典的截面形式都包含在ANSYS的截面庫(kù)中，但是經(jīng)典的梁?jiǎn)卧?/em>計(jì)算時(shí)截面方向分為四個(gè)單元，這對(duì)于一般計(jì)算來(lái)說(shuō)是足夠的，但如果需要仔細(xì)分析截面方向的內(nèi)力，可能就略顯的粗糙了。除此之外，鋼管混凝土、組合梁之類(lèi)也都是異形梁截面，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)截面庫(kù)中的數(shù)據(jù)也沒(méi)什么用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題存在兩種解決方式，一種是使用ASEC自定義截面參數(shù)，這個(gè)命令不管截面如何，只需要給出截面相關(guān)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(shù)可以使用簡(jiǎn)單的截面計(jì)算工具得到，如果是鋼筋混凝土梁這種比較復(fù)雜的復(fù)合梁，那么需要使用Xtract之類(lèi)的截面有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。將截面信息填入。采用ASEC的截面輸入方式計(jì)算效率高，截面信息準(zhǔn)確的話，精度也不差，但缺點(diǎn)是不能輸出截面積分點(diǎn)和柵點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
另一種方式就是自定義截面，其基本思路如下：
1.設(shè)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(shù)據(jù)；
3.建立計(jì)算幾何模型，讀取截面數(shù)據(jù)；
4.賦予模型截面，施加邊界條件計(jì)算；
5.后處理。 展開(kāi) ANSYS梁單元自定義截面 ANSYS梁?jiǎn)卧?/em>自定義截面
梁?jiǎn)卧?/em>作為一種簡(jiǎn)單且高效的計(jì)算單元，在結(jié)構(gòu)分析尤其是建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。使用梁?jiǎn)卧?/em>可以避免將結(jié)構(gòu)中梁柱全部轉(zhuǎn)換為實(shí)體單元，從而降低了計(jì)算量，且梁?jiǎn)卧?/em>結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，求解精度也相對(duì)較高。在ANSYS中，梁?jiǎn)卧?/em>基本上可以分為線性單元和二次單元，二者之間計(jì)算理論不同，經(jīng)典的二次單元即BEAM189單元的積分點(diǎn)如下圖所示：
在ANSYS中可以為BEAM單元定義截面，其中大部分經(jīng)典的截面形式都包含在ANSYS的截面庫(kù)中，但是經(jīng)典的梁?jiǎn)卧?/em>計(jì)算時(shí)截面方向分為四個(gè)單元，這對(duì)于一般計(jì)算來(lái)說(shuō)是足夠的，但如果需要仔細(xì)分析截面方向的內(nèi)力，可能就略顯的粗糙了。除此之外，鋼管混凝土、組合梁之類(lèi)也都是異形梁截面，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)截面庫(kù)中的數(shù)據(jù)也沒(méi)什么用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題存在兩種解決方式，一種是使用ASEC自定義截面參數(shù)，這個(gè)命令不管截面如何，只需要給出截面相關(guān)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(shù)可以使用簡(jiǎn)單的截面計(jì)算工具得到，如果是鋼筋混凝土梁這種比較復(fù)雜的復(fù)合梁，那么需要使用Xtract之類(lèi)的截面有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。將截面信息填入。采用ASEC的截面輸入方式計(jì)算效率高，截面信息準(zhǔn)確的話，精度也不差，但缺點(diǎn)是不能輸出截面積分點(diǎn)和柵點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
另一種方式就是自定義截面，其基本思路如下：
1.設(shè)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(shù)據(jù)；
3.建立計(jì)算幾何模型，讀取截面數(shù)據(jù)；
4.賦予模型截面，施加邊界條件計(jì)算；
5.后處理。 展開(kāi) 
hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁單元4》 ￥1 在《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁?jiǎn)卧?/em>3》中對(duì)比了梁?jiǎn)卧?/em>和實(shí)體單元的結(jié)果，表明梁?jiǎn)卧?/em>計(jì)算結(jié)果更容易接近理論計(jì)算值，且付出的計(jì)算資源是很小的。但并非所有情況都是這樣，下面介紹一種情況實(shí)例來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。
如圖兩端固支的C型薄壁梁，在梁中心位置作用一個(gè)F=100N的集中力，具體作用點(diǎn)是C型截面的上邊沿（上右圖），下面分別采用梁?jiǎn)卧?/em>和殼單元分別計(jì)算該結(jié)構(gòu)工況下梁的變形梁，讀者可以自行計(jì)算嘗試并分析哪種結(jié)算結(jié)果更可靠？造成這個(gè)結(jié)果的原因是什么？我們?nèi)绾卧?em>梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元之間做選擇
梁截面尺寸 展開(kāi) hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁單元1》 前文已經(jīng)通過(guò)《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-基本步驟1》系列詳細(xì)說(shuō)明了hypermesh與ansys聯(lián)合仿真時(shí)的基本過(guò)程，下面通過(guò)一列文章按照單元類(lèi)型分別介紹不同單元類(lèi)型的建模方法以及使用這些單元時(shí)需要注意的問(wèn)題，當(dāng)忽略這些問(wèn)題時(shí)往往會(huì)造成較大的誤差甚至錯(cuò)誤。
梁?jiǎn)卧?/em>簡(jiǎn)介
當(dāng)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向尺寸明顯大于截面尺寸時(shí)（常常設(shè)定為10:1），我們可以將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一維的梁?jiǎn)卧?/em>，相比于三維的實(shí)體單元可以在保證求解精度的情況下大大降低計(jì)算量。ANSYS中3D分析中的梁?jiǎn)卧?/em>主要采用Beam188和Beam189，均被默認(rèn)為鐵摩辛柯（Timoshenko）梁?jiǎn)卧?/em>，該假設(shè)認(rèn)為變形后橫截面保持平面且不發(fā)生扭曲，可以計(jì)算彎曲、拉壓、扭轉(zhuǎn)并且考慮剪切變形的影響，兩種梁?jiǎn)卧?/em>可以滿足大多數(shù)工程問(wèn)題。
Beam188 單元具有I和J兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6-7個(gè)自由度。在高版本中可以通過(guò)KEYOPT(3)選擇插值函數(shù)，默認(rèn)KEYOPT(3)=0，單元在梁長(zhǎng)度方向只有一個(gè)積分點(diǎn)，因此在采用SMISC獲取節(jié)點(diǎn)I和J的結(jié)果時(shí)，以重心的結(jié)果表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)果，導(dǎo)致彎矩圖呈現(xiàn)鋸齒狀；如果KEYOPT(3)=2，ANSYS采用增加一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（用戶(hù)無(wú)法訪問(wèn)）沿著梁長(zhǎng)設(shè)置兩個(gè)積分點(diǎn)，這樣彎矩圖沿著梁線性變化不再呈鋸齒狀。當(dāng)KEYOPT(3)=2時(shí)除了初始幾何為直線（不管是否采用二次插值）和不能訪問(wèn)增加的節(jié)點(diǎn)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(dòng)、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。 展開(kāi) Hypermesh為ANSYS創(chuàng)建梁單元（三） ￥1 如下圖為導(dǎo)入Hypermesh中的實(shí)體梁，截面為非對(duì)稱(chēng)，即截面在任何方向上都沒(méi)有對(duì)稱(chēng)軸。本節(jié)通過(guò)Hypermesh提取實(shí)體梁的截面作為1D梁?jiǎn)卧?/em>的截面。
圖1實(shí)體梁
圖2beam188梁?jiǎn)卧?/em>
圖2是將提取的實(shí)體梁截面賦予beam188梁?jiǎn)卧?/em>后的效果，藍(lán)色是1D梁?jiǎn)卧?/em>，綠色是原來(lái)的實(shí)體梁，兩者完全重合。
通過(guò)該方法建立梁?jiǎn)卧?/em>的關(guān)鍵點(diǎn)是梁截面的提取和賦予1D梁?jiǎn)卧?/em>時(shí)梁截面方向的控制。 展開(kāi) ansys中梁單元截面類(lèi)型 ansys中梁?jiǎn)卧?/em>截面類(lèi)型總共給了12種，如下圖
最后一種“ASEC”，即其他亞類(lèi)，不需要形狀，只需輸入一些截面的數(shù)據(jù)即可。
ASEC類(lèi)型有如下圖幾個(gè)參數(shù)：
如圖共有11種關(guān)于截面屬性的參數(shù)：A,Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHz, TKz,
TKy
各個(gè)屬性所代表的參數(shù)的意義
A = Area of section 截面面積
Iyy = Moment of inertia about the y axis 對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)慣量
Iw = Warping constant 翹曲慣性矩
J = Torsional constant 扭轉(zhuǎn)常數(shù)
CGy = y coordinate of centroid y坐標(biāo)的重心
CGz = z coordinate of centroid z坐標(biāo)的重心
SHy = y coordinate of shear center y坐標(biāo)的剪切中心
SHz = z coordinate of shear center z坐標(biāo)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(kāi) ansys梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠鹊南嚓P(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
基于ansys的梁單元、實(shí)體單元徐變精細(xì)化分析（含各參數(shù)解釋?zhuān)?/span> ￥25
徐變應(yīng)變可表達(dá)為：
其中， ?(t,τ)為徐變系數(shù)，需通過(guò)規(guī)范公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)擬合確定
Ansys程序中內(nèi)置金屬蠕變規(guī)律如下：
命令中詳細(xì)解釋了改公式的具體用法，以及參數(shù)意義。
二者除個(gè)別參數(shù)外形式具有異曲同工之妙，因此本案例給出用ansys精確分析混凝土徐變的方法，案例背景模擬了一個(gè)混凝土PK梁特定工況下的徐變發(fā)生過(guò)程。
案例文件中包含：
1. 00-ConcreteCreep-benchmark.mac【徐變標(biāo)定文件，開(kāi)箱即用，可以用來(lái)和手算對(duì)比是否正確】
2. 01-ConcreteCreep-solid.mac【分輸入模塊的參數(shù)化徐變計(jì)算文件【詳細(xì)解釋了各參數(shù)取值】。只需要改文件和計(jì)算邊界荷載即可計(jì)算實(shí)體徐變。】
3. ansa文件，用來(lái)生成網(wǎng)格
4. .cdb文件，網(wǎng)格文件
5. excel轉(zhuǎn)apdl命令流文件，用來(lái)輸入徐變系數(shù)。
進(jìn)一步白話闡述一下：
1、什么是徐變？別看公式一大堆，理論一大推，簡(jiǎn)單講就是：受力的結(jié)構(gòu)，啥邊界條件、荷載不變的情況下，結(jié)構(gòu)還是慢慢變形了。將這種慢慢變形的變形結(jié)果以及應(yīng)力重分配準(zhǔn)確分析出來(lái)就是徐變分析。機(jī)理一大堆，教科書(shū)上都比較詳盡，在此不做贅述，只講應(yīng)用，而且是拿到案例開(kāi)箱即用。
白話闡述要點(diǎn)：
1、案例是ansys apdl（命令流）分析的，給出了全套參數(shù)化命令流，材料模型定義、材料參數(shù)定義、求解，拿過(guò)來(lái)可以直接運(yùn)行。
2、機(jī)理是用了ansys中關(guān)于金屬蠕變的材料模型。（細(xì)想蠕變和徐變的現(xiàn)象，表征都是一樣的。至于機(jī)理，各有各的理論，但不影響材料模型使用。）
具體使用：
1、，先跑一遍，看看到底徐變是怎么個(gè)事兒。
展開(kāi) 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列6：General梁單元剛度矩陣 ￥1
==總結(jié)==
General梁的B31單元的剛度矩陣在Timoshenko梁理論基礎(chǔ)上的修正如下表：
項(xiàng)次
剛度
修正
不修正
說(shuō)明
1
軸向拉伸剛度
√
2
橫向彎曲剛度
√
采用減縮積分
3
軸向拉伸和橫向彎曲耦合剛度
√
根據(jù)形心偏置進(jìn)行修正
4
軸向扭轉(zhuǎn)剛度
√
剪切中心的偏置會(huì)影響抗扭剛度系數(shù)J
5
橫向剪切剛度
√
增加了一個(gè)幾何因子，使得細(xì)長(zhǎng)梁的時(shí)候該項(xiàng)趨于0。
6
軸向扭轉(zhuǎn)和橫向剪切耦合剛度
√
根據(jù)剪切中心的偏置進(jìn)行修正。
7
其它元素
√
都為0
詳細(xì)研究方法，見(jiàn)附件：
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列6：General梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠?/em>矩陣(SnowWave02 20180830).pdf
==以往的系列文章==
第一篇：S4殼單元?jiǎng)偠?/em>矩陣研究。介紹Abaqus的S4剛度矩陣在普通厚殼理論上的修正。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/338859
第二篇：S4殼單元質(zhì)量矩陣研究。介紹Abaqus的S4和Nastran的Quad4單元的質(zhì)量矩陣。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/343905
第三篇：S4殼單元的剪切自鎖和沙漏控制。介紹Abaqus的S4單元如何來(lái)消除剪切自鎖以及S4R如何來(lái)抑制沙漏的。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/350865
第四篇：非線性問(wèn)題的求解。
展開(kāi) 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列12： 幾何梁單元的剛度矩陣 ￥1
實(shí)際的梁都是有截面形狀的，也就是幾何Geometry梁，商用軟件分析時(shí)都采用兩步走的形式：
（1） 第一步：通過(guò)這些截面形狀類(lèi)型和參數(shù)得到構(gòu)建梁?jiǎn)卧?/em>所需的基本截面屬性參數(shù)，譬如矩形面積=長(zhǎng)*寬等。
（2） 第二步：利用上面得到的截面屬性參數(shù)組成梁?jiǎn)卧?/em>的剛度矩陣。
梁相對(duì)殼來(lái)說(shuō)，商業(yè)軟件的修正方式相對(duì)較少，如果自己編程序，采用這些修正方式可以得到和商業(yè)軟件完全一致的梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠?/em>矩陣，如果剛度矩陣完全一致，那么對(duì)任何的梁的算例都可以得到和商業(yè)軟件完全一致的結(jié)果了。在本系列第六篇我們討論了General梁?jiǎn)卧?/em>的剛度矩陣的基本理論和Abaqus的修正方式，Geometry梁的計(jì)算方法只是比第一類(lèi)梁多了一步怎么從截面幾何參數(shù)得到截面屬性參數(shù)，當(dāng)然針對(duì)不同形狀類(lèi)型，Abaqus計(jì)算截面屬性參數(shù)時(shí)也做了許多的修正，本篇中將進(jìn)行討論。然后在自編有限元程序iSolver實(shí)現(xiàn)同樣的修正方式，最后驗(yàn)證iSolver的結(jié)果和Abaqus完全一致，從而證明Abaqus對(duì)幾何梁的內(nèi)部修正和我們?cè)O(shè)想的一致。同時(shí)，通過(guò)L梁的算例將會(huì)證明Abaqus用戶(hù)手冊(cè)的一點(diǎn)小錯(cuò)誤（難得發(fā)現(xiàn)Abaqus文檔的錯(cuò)誤^.^），即General梁的慣性矩后臺(tái)計(jì)算時(shí)是相對(duì)于形心的（而不是文檔所說(shuō)的相對(duì)于1-2軸的）。具體驗(yàn)證過(guò)程也可以參考我們的演示錄像。
展開(kāi) ANSYS梁單元與實(shí)體單元的耦合與約束方程
ANSYS梁?jiǎn)卧?/em>與實(shí)體單元的耦合與約束方程
By長(zhǎng)安CAE
1 概述
在ANSYS計(jì)算過(guò)程中，有時(shí)候會(huì)遇到不同單元之間進(jìn)行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時(shí)通常需要通過(guò)耦合和約束方程建立節(jié)點(diǎn)自由度的關(guān)系，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
耦合可以理解成是將耦合的對(duì)象某個(gè)自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個(gè)關(guān)系，其可以描述具有某種關(guān)系的自由度。如圖1所示，為梁?jiǎn)卧?/em>與平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無(wú)法完成，因?yàn)槠矫?em>單元沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
圖1 梁?jiǎn)卧?/em>與平面單元連接
為使節(jié)點(diǎn)2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節(jié)點(diǎn)之間的自由度滿足以下關(guān)系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過(guò)CE命令，即可將此關(guān)系通過(guò)約束方程的形式施加給1、2、3節(jié)點(diǎn)。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢(xún)CE命令的解釋?zhuān)鐖D2所示。
圖2 ANSYS的CE命令解釋
CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
其中，NEQT表示常數(shù)，用于區(qū)別約束方程，一般可以用數(shù)字1、2、3表示即可，表示第幾個(gè)約束方程；
CONST表示方程的常數(shù)項(xiàng)，一般為0；
NODE1，表示第一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lab1，表示自由度標(biāo)簽，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，就是三個(gè)平移和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；
C1，表示該自由度的系數(shù)；
同理，后面的也一樣。
展開(kāi) ANSYS各類(lèi)型單元連接專(zhuān)題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接
例如采用ANSYS模擬一個(gè)多層混凝土框架結(jié)構(gòu)，一般除計(jì)算整體指標(biāo)外，我們?cè)谟?jì)算具體荷載作用時(shí)（如風(fēng)荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時(shí)可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁?jiǎn)卧?/em>模擬，此時(shí)變?yōu)?em>梁?jiǎn)卧?/em>包含在殼面內(nèi)的情況，當(dāng)然此類(lèi)情況是否需要考慮截面偏置，可根據(jù)具體工程而定。
對(duì)這中梁?jiǎn)卧?/em>包含在殼單元面內(nèi)的情況，只需要將梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元共用節(jié)點(diǎn)即可，而無(wú)須格外建立約束方程。
三、梁?jiǎn)卧?/em>在殼單元內(nèi)但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內(nèi)，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元的連接在端部可以通過(guò)剛性梁和剛性區(qū)域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區(qū)域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開(kāi) ANSYS中整體、單元剛度和質(zhì)量矩陣的提取
指定輸出單元矩陣
/SOLU
SOLVE
finish
/OUTPUT, TERM ! 將輸出信息送到output windows中
! 這時(shí)用編輯器打開(kāi)cp.out文件，可以看到按單元寫(xiě)出的質(zhì)量、剛度等矩
陣
ANSYS中整體、單元?jiǎng)偠?/em>和質(zhì)量矩陣的提取.rar
ANSYS各類(lèi)型單元連接專(zhuān)題講解（二）之桿與梁殼體單元的連接
前一篇文章主要介紹了單元之間連接的主要原則，今天開(kāi)始主要從具體方面講解連接方法。
按照桿、梁、殼、實(shí)體的順序，先說(shuō)說(shuō)桿單元與各單元的連接方法。
那么什么時(shí)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(shí)際工程中需要考慮此類(lèi)連接的例子。
案例一：工業(yè)廠房
此類(lèi)結(jié)構(gòu)一般橫向跨度較大，屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)形式，在具體模擬屋架時(shí)，此時(shí)各個(gè)桿件可看成鉸接，采用桿單元模擬。而下方框架柱則采用梁?jiǎn)卧?/em>進(jìn)行模擬，在相交部位則需要用到桿單元與梁?jiǎn)卧?/em>的連接。
案例二：門(mén)廳鋼結(jié)構(gòu)雨棚
在具體模擬該結(jié)構(gòu)時(shí)，雨棚上方拉桿采用桿單元模擬，而下方的鋼梁采用梁?jiǎn)卧?/em>模擬，混凝土框架柱可采用實(shí)體單元模擬。
一直以來(lái)，桿單元一般用于模擬桁架結(jié)構(gòu)的時(shí)候比較多，其特點(diǎn)是桿件兩端不考慮承受彎矩作用，節(jié)點(diǎn)只有平動(dòng)自由度，是所有單元中最為簡(jiǎn)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(diǎn)只有Ux和Uy兩個(gè)平動(dòng)自由度，而3D桿單元除了這兩個(gè)，還有Uz。其他單元，梁?jiǎn)卧?/em>、殼單元、體單元都包含了這三個(gè)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(shí)只需要共用節(jié)點(diǎn)即可，無(wú)需建立約束方程。
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)似雨棚案例，注意本案例各構(gòu)件尺寸僅為演示操作需要所擬，未經(jīng)仔細(xì)推敲，各工程大佬可忽略。
某屋外雨棚平面簡(jiǎn)化模型如上，長(zhǎng)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(jié)構(gòu)。
下面為建模過(guò)程
!
展開(kāi) ANSYS各類(lèi)型單元連接專(zhuān)題講解（四）之2D梁與2D實(shí)體單元剛接
前面文章主要講解了梁?jiǎn)卧?/em>與其他類(lèi)型單元鉸接的情況，從本篇文章開(kāi)始，將主要講解梁?jiǎn)卧?/em>與各類(lèi)單元剛接的情況，而這也是我們?nèi)粘９こ讨斜容^常見(jiàn)的一種連接方式。
首先從2D平面單元單元開(kāi)始說(shuō)起。
盡管現(xiàn)在的ANSYS版本已經(jīng)摒棄了很古老的2D梁?jiǎn)卧?/em>，改用Beam18x系列單元代替，但為究其連接方法，這類(lèi)方面仍具有一定的講解價(jià)值，例如我們計(jì)算一榀框架的時(shí)候多數(shù)時(shí)候是采用2D平面單元的。
2D梁?jiǎn)卧?/em>包括：beam3、beam23、beam54
2D實(shí)體單元：plane單元
一般來(lái)講，2D梁?jiǎn)卧?/em>與2D實(shí)體單元剛接一般分為三種方法：
1）約束方程法；2）偽梁法；3）MPC法。
三種方法的連接原理無(wú)非是建立自由度之間的關(guān)系方程，但值得注意的是由于采用了局部區(qū)域的節(jié)點(diǎn)，因而在建立關(guān)系的局部區(qū)域內(nèi)可能會(huì)有應(yīng)力集中的情況，后處理當(dāng)中應(yīng)格外注意。
約束方程法后續(xù)講解3D梁?jiǎn)卧?/em>連接時(shí)會(huì)詳細(xì)說(shuō)明，此處簡(jiǎn)單說(shuō)下偽梁法與MPC法。
其實(shí)偽梁法與MPC法原理基本一樣，構(gòu)造一個(gè)虛擬梁?jiǎn)卧?/em>，使虛擬梁?jiǎn)卧?/em>與外部梁?jiǎn)卧?/em>剛接，虛擬梁?jiǎn)卧?/em>與內(nèi)部實(shí)體單元強(qiáng)制剛接，從而間接實(shí)現(xiàn)外部梁?jiǎn)卧?/em>與實(shí)體單元的剛接效果。
使用偽梁法需注意的是，在建立虛擬梁?jiǎn)卧?/em>時(shí)，虛擬梁?jiǎn)卧?/em>應(yīng)至少與實(shí)體單元的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，剛度可取為無(wú)窮大或者實(shí)際梁?jiǎn)卧?/em>的10^5倍。
下面以一個(gè)小案例來(lái)演示。
如上圖所示，兩塊小鋼板中間靠一小鋼梁連接，小鋼梁上有均布荷載，尺寸如上所示，均以mm計(jì)，中間鋼梁所受均布荷載為10KN/m,采用ANSYS模擬該情況。
展開(kāi) Hypermesh為ansys創(chuàng)建梁單元（一） ￥1
Hypermesh與ansys聯(lián)合仿真系列之Hypermesh為ansys創(chuàng)建梁?jiǎn)卧?/em>（一）。
本文介紹ansys梁?jiǎn)卧?/em>中的beam188和beam189及它們之間的本質(zhì)區(qū)別，以及仿真時(shí)對(duì)兩種梁?jiǎn)卧?/em>的選擇建議。簡(jiǎn)介梁?jiǎn)卧?/em>的關(guān)鍵字設(shè)置及截面設(shè)置，主要介紹通過(guò)Hypermesh在ansys求解器下兩種創(chuàng)建梁?jiǎn)卧?/em>的詳細(xì)步驟及效果對(duì)比。
ANSYS梁單元自定義截面
梁?jiǎn)卧?/em>作為一種簡(jiǎn)單且高效的計(jì)算單元，在結(jié)構(gòu)分析尤其是建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。使用梁?jiǎn)卧?/em>可以避免將結(jié)構(gòu)中梁柱全部轉(zhuǎn)換為實(shí)體單元，從而降低了計(jì)算量，且梁?jiǎn)卧?/em>結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，求解精度也相對(duì)較高。在ANSYS中，梁?jiǎn)卧?/em>基本上可以分為線性單元和二次單元，二者之間計(jì)算理論不同，經(jīng)典的二次單元即BEAM189單元的積分點(diǎn)如下圖所示：
在ANSYS中可以為BEAM單元定義截面，其中大部分經(jīng)典的截面形式都包含在ANSYS的截面庫(kù)中，但是經(jīng)典的梁?jiǎn)卧?/em>計(jì)算時(shí)截面方向分為四個(gè)單元，這對(duì)于一般計(jì)算來(lái)說(shuō)是足夠的，但如果需要仔細(xì)分析截面方向的內(nèi)力，可能就略顯的粗糙了。除此之外，鋼管混凝土、組合梁之類(lèi)也都是異形梁截面，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)截面庫(kù)中的數(shù)據(jù)也沒(méi)什么用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題存在兩種解決方式，一種是使用ASEC自定義截面參數(shù)，這個(gè)命令不管截面如何，只需要給出截面相關(guān)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(shù)可以使用簡(jiǎn)單的截面計(jì)算工具得到，如果是鋼筋混凝土梁這種比較復(fù)雜的復(fù)合梁，那么需要使用Xtract之類(lèi)的截面有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。將截面信息填入。采用ASEC的截面輸入方式計(jì)算效率高，截面信息準(zhǔn)確的話，精度也不差，但缺點(diǎn)是不能輸出截面積分點(diǎn)和柵點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
另一種方式就是自定義截面，其基本思路如下：
1.設(shè)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(shù)據(jù)；
3.建立計(jì)算幾何模型，讀取截面數(shù)據(jù)；
4.賦予模型截面，施加邊界條件計(jì)算；
5.后處理。
展開(kāi) ANSYS梁單元自定義截面
ANSYS梁?jiǎn)卧?/em>自定義截面
梁?jiǎn)卧?/em>作為一種簡(jiǎn)單且高效的計(jì)算單元，在結(jié)構(gòu)分析尤其是建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。使用梁?jiǎn)卧?/em>可以避免將結(jié)構(gòu)中梁柱全部轉(zhuǎn)換為實(shí)體單元，從而降低了計(jì)算量，且梁?jiǎn)卧?/em>結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，求解精度也相對(duì)較高。在ANSYS中，梁?jiǎn)卧?/em>基本上可以分為線性單元和二次單元，二者之間計(jì)算理論不同，經(jīng)典的二次單元即BEAM189單元的積分點(diǎn)如下圖所示：
在ANSYS中可以為BEAM單元定義截面，其中大部分經(jīng)典的截面形式都包含在ANSYS的截面庫(kù)中，但是經(jīng)典的梁?jiǎn)卧?/em>計(jì)算時(shí)截面方向分為四個(gè)單元，這對(duì)于一般計(jì)算來(lái)說(shuō)是足夠的，但如果需要仔細(xì)分析截面方向的內(nèi)力，可能就略顯的粗糙了。除此之外，鋼管混凝土、組合梁之類(lèi)也都是異形梁截面，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)截面庫(kù)中的數(shù)據(jù)也沒(méi)什么用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題存在兩種解決方式，一種是使用ASEC自定義截面參數(shù)，這個(gè)命令不管截面如何，只需要給出截面相關(guān)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(shù)可以使用簡(jiǎn)單的截面計(jì)算工具得到，如果是鋼筋混凝土梁這種比較復(fù)雜的復(fù)合梁，那么需要使用Xtract之類(lèi)的截面有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。將截面信息填入。采用ASEC的截面輸入方式計(jì)算效率高，截面信息準(zhǔn)確的話，精度也不差，但缺點(diǎn)是不能輸出截面積分點(diǎn)和柵點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
另一種方式就是自定義截面，其基本思路如下：
1.設(shè)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(shù)據(jù)；
3.建立計(jì)算幾何模型，讀取截面數(shù)據(jù)；
4.賦予模型截面，施加邊界條件計(jì)算；
5.后處理。
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在《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁?jiǎn)卧?/em>3》中對(duì)比了梁?jiǎn)卧?/em>和實(shí)體單元的結(jié)果，表明梁?jiǎn)卧?/em>計(jì)算結(jié)果更容易接近理論計(jì)算值，且付出的計(jì)算資源是很小的。但并非所有情況都是這樣，下面介紹一種情況實(shí)例來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。
如圖兩端固支的C型薄壁梁，在梁中心位置作用一個(gè)F=100N的集中力，具體作用點(diǎn)是C型截面的上邊沿（上右圖），下面分別采用梁?jiǎn)卧?/em>和殼單元分別計(jì)算該結(jié)構(gòu)工況下梁的變形梁，讀者可以自行計(jì)算嘗試并分析哪種結(jié)算結(jié)果更可靠？造成這個(gè)結(jié)果的原因是什么？我們?nèi)绾卧?em>梁?jiǎn)卧?/em>與殼單元之間做選擇
梁截面尺寸
展開(kāi) hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-《梁單元1》
前文已經(jīng)通過(guò)《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-基本步驟1》系列詳細(xì)說(shuō)明了hypermesh與ansys聯(lián)合仿真時(shí)的基本過(guò)程，下面通過(guò)一列文章按照單元類(lèi)型分別介紹不同單元類(lèi)型的建模方法以及使用這些單元時(shí)需要注意的問(wèn)題，當(dāng)忽略這些問(wèn)題時(shí)往往會(huì)造成較大的誤差甚至錯(cuò)誤。
梁?jiǎn)卧?/em>簡(jiǎn)介
當(dāng)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向尺寸明顯大于截面尺寸時(shí)（常常設(shè)定為10:1），我們可以將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一維的梁?jiǎn)卧?/em>，相比于三維的實(shí)體單元可以在保證求解精度的情況下大大降低計(jì)算量。ANSYS中3D分析中的梁?jiǎn)卧?/em>主要采用Beam188和Beam189，均被默認(rèn)為鐵摩辛柯（Timoshenko）梁?jiǎn)卧?/em>，該假設(shè)認(rèn)為變形后橫截面保持平面且不發(fā)生扭曲，可以計(jì)算彎曲、拉壓、扭轉(zhuǎn)并且考慮剪切變形的影響，兩種梁?jiǎn)卧?/em>可以滿足大多數(shù)工程問(wèn)題。
Beam188 單元具有I和J兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6-7個(gè)自由度。在高版本中可以通過(guò)KEYOPT(3)選擇插值函數(shù)，默認(rèn)KEYOPT(3)=0，單元在梁長(zhǎng)度方向只有一個(gè)積分點(diǎn)，因此在采用SMISC獲取節(jié)點(diǎn)I和J的結(jié)果時(shí)，以重心的結(jié)果表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)果，導(dǎo)致彎矩圖呈現(xiàn)鋸齒狀；如果KEYOPT(3)=2，ANSYS采用增加一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（用戶(hù)無(wú)法訪問(wèn)）沿著梁長(zhǎng)設(shè)置兩個(gè)積分點(diǎn)，這樣彎矩圖沿著梁線性變化不再呈鋸齒狀。當(dāng)KEYOPT(3)=2時(shí)除了初始幾何為直線（不管是否采用二次插值）和不能訪問(wèn)增加的節(jié)點(diǎn)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(dòng)、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。
展開(kāi) Hypermesh為ANSYS創(chuàng)建梁單元（三） ￥1
如下圖為導(dǎo)入Hypermesh中的實(shí)體梁，截面為非對(duì)稱(chēng)，即截面在任何方向上都沒(méi)有對(duì)稱(chēng)軸。本節(jié)通過(guò)Hypermesh提取實(shí)體梁的截面作為1D梁?jiǎn)卧?/em>的截面。
圖1實(shí)體梁
圖2beam188梁?jiǎn)卧?/em>
圖2是將提取的實(shí)體梁截面賦予beam188梁?jiǎn)卧?/em>后的效果，藍(lán)色是1D梁?jiǎn)卧?/em>，綠色是原來(lái)的實(shí)體梁，兩者完全重合。
通過(guò)該方法建立梁?jiǎn)卧?/em>的關(guān)鍵點(diǎn)是梁截面的提取和賦予1D梁?jiǎn)卧?/em>時(shí)梁截面方向的控制。
展開(kāi) ansys中梁單元截面類(lèi)型
ansys中梁?jiǎn)卧?/em>截面類(lèi)型總共給了12種，如下圖
最后一種“ASEC”，即其他亞類(lèi)，不需要形狀，只需輸入一些截面的數(shù)據(jù)即可。
ASEC類(lèi)型有如下圖幾個(gè)參數(shù)：
如圖共有11種關(guān)于截面屬性的參數(shù)：A,Iyy, Iyz, Izz, Iw, J, CGy, CGz, SHy, SHz, TKz,
TKy
各個(gè)屬性所代表的參數(shù)的意義
A = Area of section 截面面積
Iyy = Moment of inertia about the y axis 對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)慣量
Iw = Warping constant 翹曲慣性矩
J = Torsional constant 扭轉(zhuǎn)常數(shù)
CGy = y coordinate of centroid y坐標(biāo)的重心
CGz = z coordinate of centroid z坐標(biāo)的重心
SHy = y coordinate of shear center y坐標(biāo)的剪切中心
SHz = z coordinate of shear center z坐標(biāo)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
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