ansys單元截面方向
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys單元截面方向的實(shí)例教程
按照上面的坐標(biāo)系，我們賦予一個(gè)L形截面，會得到如下對應(yīng)結(jié)果：
圖 4 單元坐標(biāo)系與截面坐標(biāo)系的對應(yīng)
所以說實(shí)際上方向節(jié)點(diǎn)并不是說直接指定截面的Z方向，而是通過生成一個(gè)方向矢量V與X方向叉積得到Y(jié)方向，再將X方向與Y方向叉積就得到了Z方向，當(dāng)方向節(jié)點(diǎn)K恰好在I節(jié)點(diǎn)上方的時(shí)候，I→K就是Z方向。明白了這個(gè)我們其實(shí)就可以理解調(diào)整梁截面的方向其實(shí)有兩種辦法：①通過方向節(jié)點(diǎn)間接定義②直接通過各種方式給出方向矢量。
開始兩個(gè)案例之前得先說明下：上述規(guī)則是ansys的并不一定適用于nastran或者其它軟件，但是基本的方法是類似的，比如下面兩個(gè)例子基于optistruct和nastran模板進(jìn)行操作，它的截面方向與ansys正好相反，所以是X先叉乘V得到Z方向，然后Z叉乘X得到Y(jié)方向。
2 案例1
圖 5 案例一
首先，我們通過hyperbeam創(chuàng)建optistruct的U形梁截面，尺寸如下：
圖 6 截面尺寸
將截面形式賦予給橫梁與縱梁的組件，并對橫梁與縱梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，默認(rèn)情況下會得到如下的截面形式：
圖 7 默認(rèn)截面方向結(jié)果
可以看到，大部分梁的截面方向以及偏置都不是我們要的，因此需要進(jìn)行調(diào)整。
2.1 橫梁調(diào)整
首先調(diào)整橫向的梁。通過觀察我們可以知道，如果梁截面的Y方向剛好是沿著桶的軸向的，則槽口的方向（截面Z方向）恰好朝著徑向，也就是我們需要的結(jié)構(gòu)，因此使得這些梁單元的矢量方向指定為軸向（也就是全局的Y方向）則可以得到一個(gè)初步的結(jié)果，如下：
圖 8 初次調(diào)整
如上，雖然槽口的方向趨勢是對的，但是朝向卻是反的，因?yàn)?em>截面方向還和梁單元的IJ方向有關(guān)，所以再把反的部分（白色部分）使用負(fù)Y方向矢量擺正即可得到下面的正確朝向結(jié)果（建議更新的時(shí)候pin a，b一起更新）。
展開 如果是線性問題，那么Nastran和Abaqus的精度誤差主要體現(xiàn)在單元算法、邊界處理、MPC約束關(guān)系等，在2017年第二篇：S4殼單元質(zhì)量矩陣研究文章中我們就曾經(jīng)分析過Abaqus的S4殼單元和Nastran的Quad4殼單元質(zhì)量矩陣的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)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(guān)系。對于一根三維實(shí)體梁，梁實(shí)際受到的外力是三維全局空間的，如果直接用全局坐標(biāo)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(wǎng)格數(shù)目和計(jì)算效率比較差，一種簡單方法是對那些細(xì)長的梁（Abaqus認(rèn)為是細(xì)長比>8），此時(shí)可以用簡單的等效為線單元的形式來表達(dá)位移和外力的關(guān)系，這樣只要用一個(gè)線單元就可以表示這個(gè)三維實(shí)體梁了，大大簡化了求解矩陣。
實(shí)際的加載是多個(gè)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(gè)線單元受力關(guān)系分為：
（1） 軸向拉伸力
（2） 軸向扭轉(zhuǎn)
（3） 橫向彎曲力，可以加力載荷或者彎矩
三部分，此時(shí)每部分都有簡單的位移和外力的公式，也就是存在一個(gè)局部坐標(biāo)系，簡化梁理論總是先求出梁單元局部坐標(biāo)系的剛度和質(zhì)量陣，然后再用三維變換直接轉(zhuǎn)到全局坐標(biāo)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 指定讀入的截面類型在后面使用中編號
secoffset,cent !指定截面在梁縱軸上的偏移量
secread,'jm2','sect',,mesh !讀入截面。如果截面保存在其他路徑，可以采用絕對路徑的方法確定
SECPLOT,1,1 !畫出截面，并顯示截面的網(wǎng)格劃分。
k,5,1,10000
k,6,1,0
k,7,1,0,5000
k,8,5000,0,0 !前兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是為了建立梁，后兩個(gè)作為方向關(guān)鍵點(diǎn)使用
l,5,6
lsel,s,line, ,1,5,1 !選擇梁單元的軸線
latt,1,,1,,7,8,1 !將材料號、截面參考號、實(shí)常數(shù)（如果有的話）、方向關(guān)鍵點(diǎn)等信息分配給
!上面已經(jīng)選擇好的還沒有劃分單元的梁軸線/
lesize,all,,,10 !指定梁縱向劃分網(wǎng)格的尺寸。由于前面已經(jīng)用LSEL命令選擇好了的線就是梁的中軸線
!所以不需要再次選擇（ANSYS里，選擇好的實(shí)體會有個(gè)標(biāo)志，除非你用命令改變了它們）
lmesh,all !劃分網(wǎng)格，好了，你可以再改變參數(shù)，增加荷載項(xiàng)并求解啦。
【附注】
把在ansys中使用梁單元的主意事項(xiàng)列于下：
1. beam188、beam189在section中設(shè)定參數(shù)；而beam3、beam4則必須在實(shí)常數(shù)中設(shè)置，其中橫截面積、彎曲慣性矩以及扭轉(zhuǎn)慣性矩是必須填入的，截面厚度（TKY、TKZ）只在圖形顯示中有用，計(jì)算的時(shí)候并不用到它，看一下梁單元剛度矩陣的推導(dǎo)就可明白，ansys的理論手冊也有梁單元剛度陣元素的詳細(xì)介紹。
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(shù)據(jù)即可。
ASEC類型有如下圖幾個(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 梁單元作為一種簡單且高效的計(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。使用梁單元可以避免將結(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，且梁單元結(jié)構(gòu)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(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的截面庫中，但是經(jīng)典的梁單元計(jì)算時(shí)截面方向分為四個(gè)單元，這對于一般計(jì)算來說是足夠的，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、組合梁之類也都是異形梁截面，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)截面庫中的數(shù)據(jù)也沒什么用。針對這個(gè)問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 
ansys單元截面方向的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
ansys單元截面方向的最新內(nèi)容
基于ansys apdl建立單元截面分層的材料參數(shù)
建立的截面，多少段，多少個(gè)自定義截面
開篇點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)梁單元截面特性，便于后續(xù)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(dǎo)入ACIS
3，定義單元，劃分網(wǎng)格
ET,1,plane82 !添加單元類型plane82
視頻是關(guān)于自己做項(xiàng)目時(shí)遇見的問題，有需要的同學(xué)可自行觀看。視頻是關(guān)于如何畫鋼筋，怎么導(dǎo)入ansys，如何選取侵徹爆炸中單元類型，如何選取鋼筋方向點(diǎn)，何如畫鋼筋網(wǎng)格的。
（原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)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(chǔ)及在商用有限元軟件的實(shí)現(xiàn)方式，通過
（1） 基礎(chǔ)理論
（2） 商軟操作
（3） 自編程序
三者結(jié)合的方式將復(fù)雜繁瑣的結(jié)構(gòu)有限元理論通過簡單直觀的方式展現(xiàn)出來，同時(shí)深層次的學(xué)習(xí)有限元理論和商業(yè)軟件的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理。
有限元的理論發(fā)展了幾十年已經(jīng)相當(dāng)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
關(guān)于梁分析的一個(gè)例子。首先是建立截面形式。為了后面調(diào)試中清楚地看到方向關(guān)鍵點(diǎn)的影響，所以截面采用矩形截面。調(diào)試的結(jié)果表明：截面的關(guān)鍵點(diǎn)是確定中性軸圍繞梁縱軸轉(zhuǎn)動的定位（或者說，無論怎么取方向關(guān)鍵點(diǎn)，截面的法線永遠(yuǎn)與梁的縱軸線平行，）如果大家為了測試這一點(diǎn)，可以采用與梁縱軸線垂直的面內(nèi)的若干個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)驗(yàn)一下。如果兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)造成截面取向不同，則梁沿縱軸發(fā)生扭曲。前一個(gè)方向關(guān)鍵點(diǎn)控制的是梁的起點(diǎn)的方向，
其實(shí)個(gè)人主要做機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的分析，很少接觸到需要大量調(diào)整的梁結(jié)構(gòu)。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(xiàng)目用NX Nastran調(diào)整了120根梁截面的方向，因?yàn)榛w結(jié)構(gòu)是個(gè)圓筒，所以調(diào)整起來異常麻煩。當(dāng)時(shí)我想著沒這么麻煩吧，于是第二天用hypermesh試了下，發(fā)現(xiàn)的確不是很容易，于是就該問題總結(jié)了一些方法，可能不是很好，但有總比沒有好。下面用兩個(gè)例子來進(jìn)行說明：
部分朋友反應(yīng)在采用殼單元進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)不知如何提取殼單元的截面內(nèi)力，今日水哥就殼單元的截面內(nèi)力提取方法簡單說明下，供諸君參考一二。
首先講講殼單元的應(yīng)力和內(nèi)力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應(yīng)力和內(nèi)力的輸出項(xiàng)目不盡相同，對于薄殼單元如 SHELL63 就不輸出次要應(yīng)力（τxz、τyz）和內(nèi)力（Nx、Ny），而中厚板殼單元則輸出這些應(yīng)力和內(nèi)力。
注意，殼單元的內(nèi)力輸出均是相對于單元坐標(biāo)系
梁單元作為一種簡單且高效的計(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。使用梁單元可以避免將結(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，且梁單元結(jié)構(gòu)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(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
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(shù)據(jù)即可。
ASEC類型有如下圖幾個(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 =
其實(shí)在workbench中原理和classi一樣，也是通過建立結(jié)構(gòu)面，投影結(jié)果并積分求解而來，依然以前文的懸臂梁為例來簡單說明。
第一步：建立該懸臂梁，并求解，如下。
第二步，在我們需要查看內(nèi)力截面位置處建立局部坐標(biāo)系，這里我們建立中間位置處截面，如下所示：
第三步，建立求解面。選擇Model,可以在工具欄中選中construction geometry，插入surface，
