ansys 梁單元 剛度
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 梁單元 剛度的實例教程
徐變應變可表達為：
其中， ?(t,τ)為徐變系數，需通過規范公式或實驗數據擬合確定
Ansys程序中內置金屬蠕變規律如下：
命令中詳細解釋了改公式的具體用法，以及參數意義。
二者除個別參數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混凝土PK梁特定工況下的徐變發生過程。
案例文件中包含：
1. 00-ConcreteCreep-benchmark.mac【徐變標定文件，開箱即用，可以用來和手算對比是否正確】
2. 01-ConcreteCreep-solid.mac【分輸入模塊的參數化徐變計算文件【詳細解釋了各參數取值】。只需要改文件和計算邊界荷載即可計算實體徐變。】
3. ansa文件，用來生成網格
4. .cdb文件，網格文件
5. excel轉apdl命令流文件，用來輸入徐變系數。
進一步白話闡述一下：
1、什么是徐變？別看公式一大堆，理論一大推，簡單講就是：受力的結構，啥邊界條件、荷載不變的情況下，結構還是慢慢變形了。將這種慢慢變形的變形結果以及應力重分配準確分析出來就是徐變分析。機理一大堆，教科書上都比較詳盡，在此不做贅述，只講應用，而且是拿到案例開箱即用。
白話闡述要點：
1、案例是ansys apdl（命令流）分析的，給出了全套參數化命令流，材料模型定義、材料參數定義、求解，拿過來可以直接運行。
2、機理是用了ansys中關于金屬蠕變的材料模型。（細想蠕變和徐變的現象，表征都是一樣的。至于機理，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事兒。
展開 ==總結==
General梁的B31單元的剛度矩陣在Timoshenko梁理論基礎上的修正如下表：
項次
剛度
修正
不修正
說明
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
√
根據形心偏置進行修正
4
軸向扭轉剛度
√
剪切中心的偏置會影響抗扭剛度系數J
5
橫向剪切剛度
√
增加了一個幾何因子，使得細長梁的時候該項趨于0。
6
軸向扭轉和橫向剪切耦合剛度
√
根據剪切中心的偏置進行修正。
7
其它元素
√
都為0
詳細研究方法，見附件：
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列6：General梁單元剛度矩陣(SnowWave02 20180830).pdf
==以往的系列文章==
第一篇：S4殼單元剛度矩陣研究。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殼單元質量矩陣研究。介紹Abaqus的S4和Nastran的Quad4單元的質量矩陣。
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單元如何來消除剪切自鎖以及S4R如何來抑制沙漏的。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/350865
第四篇：非線性問題的求解。
展開 實際的梁都是有截面形狀的，也就是幾何Geometry梁，商用軟件分析時都采用兩步走的形式：
（1） 第一步：通過這些截面形狀類型和參數得到構建梁單元所需的基本截面屬性參數，譬如矩形面積=長*寬等。
（2） 第二步：利用上面得到的截面屬性參數組成梁單元的剛度矩陣。
梁相對殼來說，商業軟件的修正方式相對較少，如果自己編程序，采用這些修正方式可以得到和商業軟件完全一致的梁單元剛度矩陣，如果剛度矩陣完全一致，那么對任何的梁的算例都可以得到和商業軟件完全一致的結果了。在本系列第六篇我們討論了General梁單元的剛度矩陣的基本理論和Abaqus的修正方式，Geometry梁的計算方法只是比第一類梁多了一步怎么從截面幾何參數得到截面屬性參數，當然針對不同形狀類型，Abaqus計算截面屬性參數時也做了許多的修正，本篇中將進行討論。然后在自編有限元程序iSolver實現同樣的修正方式，最后驗證iSolver的結果和Abaqus完全一致，從而證明Abaqus對幾何梁的內部修正和我們設想的一致。同時，通過L梁的算例將會證明Abaqus用戶手冊的一點小錯誤（難得發現Abaqus文檔的錯誤^.^），即General梁的慣性矩后臺計算時是相對于形心的（而不是文檔所說的相對于1-2軸的）。具體驗證過程也可以參考我們的演示錄像。
展開 ANSYS梁單元與實體單元的耦合與約束方程
By長安CAE
1 概述
在ANSYS計算過程中，有時候會遇到不同單元之間進行連接，由于不同的單元自由度不同，連接時通常需要通過耦合和約束方程建立節點自由度的關系，保證結果的準確性。
耦合可以理解成是將耦合的對象某個自由度作相等處理，而約束方程則不局限于相等這個關系，其可以描述具有某種關系的自由度。如圖1所示，為梁單元與平面單元的連接。如果不采用約束方程，力矩的傳遞無法完成，因為平面單元沒有轉動自由度。
圖1 梁單元與平面單元連接
為使節點2具有力矩傳遞的能力，要求1、2、3節點之間的自由度滿足以下關系：
ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
再通過CE命令，即可將此關系通過約束方程的形式施加給1、2、3節點。
2 命令
查看ANSYS的幫助文檔，查詢CE命令的解釋，如圖2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，用于區別約束方程，一般可以用數字1、2、3表示即可，表示第幾個約束方程；
CONST表示方程的常數項，一般為0；
NODE1，表示第一個節點；
Lab1，表示自由度標簽，對于結構而言，就是三個平移和三個轉動自由度；
C1，表示該自由度的系數；
同理，后面的也一樣。
展開 例如采用ANSYS模擬一個多層混凝土框架結構，一般除計算整體指標外，我們在計算具體荷載作用時（如風荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁單元模擬，此時變為梁單元包含在殼面內的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁單元與殼單元的連接在端部可以通過剛性梁和剛性區域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開 
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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
徐變是混凝土在長期恒定應力作用下產生的時變不可逆變形，其發展規律呈現前期快速增長、后期漸趨穩定的特征。主要受應力水平、材料配比、環境濕度、構件尺寸及加載齡期等因素影響。
常用方法包括有效模量法、疊加法和老化理論。國內規范（如JTG3362-2018）推薦基于線性疊加原理的徐變系數法。徐變應變可表達為：
在《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元3》中對比了梁單元和實體單元的結果，表明梁單元計算結果更容易接近理論計算值，且付出的計算資源是很小的。但并非所有情況都是這樣，下面介紹一種情況實例來說明問題。
如圖兩端固支的C型薄壁梁，在梁中心位置作用一個F=100N的集中力，具體作用點是C型截面的上邊沿（上右圖），下面分別采用梁單元和殼單元分別計算該結構工況下梁的變形梁，讀者可以自行計算嘗試并分析哪種結算結果更可靠
針對一個懸臂梁的固有頻率求解，本節課對采用梁單元、實體單元和理論計算結果進行對比。
存在上圖尺寸的懸臂梁，分別采用三種方式計算該懸臂梁的第一階固有頻率。
1.理論計算
上式為計算懸臂梁的第一階固有頻率的計算公式，式中：
E：材料彈性模量-210000MPa
I：梁截面的慣性矩-2.6667mm^4
L：100mm
b:2mm
h:4mm
m:梁的質量-7.85e
圖1
上圖為兩個1mm厚鈑金通過折彎形成的C型梁，通過焊接拼接在一起，兩個C型梁的截面方向均為開口朝外，下面通過該實例詳述創建該梁單元的方法。
1.抽取梁截面
將CAD文件導入hypermesh后如圖1所示，然后按照圖2進入HyperBeam面板。
圖2
選擇solid section，切換到面選擇，選擇圖中梁的端面點擊create后成功提取梁的截面并自動切換到
前文已經通過《hypermesh-ansys聯合仿真-基本步驟1》系列詳細說明了hypermesh與ansys聯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
當結構長度方向尺寸明顯大于截面尺寸時（常常設定為10:1），我們可以將結構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
梁模型
有限元模型
結果查看
結果查看
附件包括分析模型
如下圖為導入Hypermesh中的實體梁，截面為非對稱，即截面在任何方向上都沒有對稱軸。本節通過Hypermesh提取實體梁的截面作為1D梁單元的截面。
圖1實體梁
圖2beam188梁單元
圖2是將提取的實體梁截面賦予beam188梁單元后的效果，藍色是1D梁單元，綠色是原來的實體梁，兩者完全重合。
通過該方法建立梁單元的關鍵點是梁截面的提取和賦予1D梁單元時梁截面方向的控制
接上篇《Hypermesh為ANSYS創建梁單元（一）》，此篇主要介紹通過形心或剪切中心和節點方向來控制非對稱梁截面的位置和方向。如下圖分別是實體梁和創建的beam188梁之間的對比，通過上述控制1D梁與實體梁的位置和方向完美重合。
實體梁
實體梁和beam188（藍色）對比效果
Hypermesh與ansys聯合仿真系列之Hypermesh為ansys創建梁單元（一）。
本文介紹ansys梁單元中的beam188和beam189及它們之間的本質區別，以及仿真時對兩種梁單元的選擇建議。簡介梁單元的關鍵字設置及截面設置，主要介紹通過Hypermesh在ansys求解器下兩種創建梁單元的詳細步驟及效果對比。
