ansys的桿單元的案例
ANSYS各類型單元連接專題講解（一）之連接總則
一直以來，有不少同學咨詢水哥關于ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實體單元的連接問題。之所以要用到各單元的連接，主要是由于我們在實際項目中，常常需要各種單元組合模擬，例如框架結構計算中的框架柱、框架梁采用梁單元模擬，樓板采用殼單元模擬，如此便會產生各類型單元之間的連接問題。
為解決部分朋友們的疑問，水哥依自己的理解將從以下幾個方面系統講解下ANSYS中桿單元、梁單元、殼單元、實體單元的連接，其中若有不合理之處，還望各位朋友批評指正。
本系列講解目錄如下：
1、單元連接總原則。
2、桿與梁、殼、體單元的連接。
3、梁單元與實體單元鉸接。
4、2D梁單元與2D實體單元剛接。
5、3D梁單元與3D實體單元剛接。
6、殼單元與實體單元連接。
7、單元連接綜合實例。
本篇推文為該系列文章的首篇，主要說下ANSYS中單元連接總的原則以及簡單介紹兩個概念。
一般來說，按“桿梁殼體”單元順序，只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度，則只要有公共節點即可，不需要約束方程，否則需要耦合自由度與約束方程。
例如：
（1）桿與梁、殼、體單元有公共節點即可，不需要約束方程。
（2）梁與殼有公共節點即可，也不需要約束寫約束方程；殼梁自由度數目相同，自由度也相同，盡管殼的rotz是虛的自由度，也不妨礙二者之間的關系，這有點類同于梁與桿的關系。
（3）梁與體則要在相同位置建立不同的節點，然后在節點處耦合自由度與施加約束方程。
（4）殼與體則也要相同位置建立不同的節點 ，然后在節點處耦合自由度與施加約束方程。
從上述也可見，ANSYS無非是通過三種方法來實現單元之間的連接：共用節點、耦合、約束方程。
這里簡單介紹下耦合與約束方程的基本概念。
展開 ANSYS中桿單元和殼單元的單元耦合問題
在比較復雜的結構的有限元分析中，不同的結構部件通常使用不同類型的單元來模擬。
通常情況下，不同類型的單元的各個節點的自由度數目是不同的，不同類型單元的連接節點處的自由度的耦合問題，是一個比較令人頭疼的問題。
在ANSYS中通常可以用耦合命令CP來耦合不同類型單元在連接節點處的自由度(DOF)。
也可以用CE命令來認為添加自由度之間的約束方程來達到耦合的目的。
下面是一個簡單的算例，使用了CE命令來耦合連接節點處的自由度。
模型是航天器的機翼的一個Section的某一個隔框。上下表皮是薄殼結構，用Shell63單元來模擬，在上下表皮之間有起支撐作用的桿件，用link8單元來模擬。
建模的時候，link8單元和shell63單元在連接有各自獨立的節點。即：link8單元和shell63單元的節點在連接處是重合的，但是，節點編號是各自獨立的。
link8單元在每個節點有 ux,uy,uz3個平動自由度；
shell63在每個節點有ux,uy,uz這3個平動自由度和rotx,roty,rotz這3個轉個自由，共6個自由度。
在耦合節點處，兩個耦合節點的ux,uy,uz自由度應該是相等的。
這個等式可以用CE命令來描述。
完整的命令流如下：
finish
/clear,start
/prep7
!定義第一種材料屬性；
mp,ex,1,30e6
mp,prxy,1,0.3
!定義shell63單元和實常數；
et,1,shell63
r,1,1e-3
!建立幾何模型；
rectng,31.8,33.2,0,0.3556
agen,2,1,1,1,0,0,1
a,1,4,8,5
a,6,7,3,2
KL,7,0.5, ,
KL,3,0.5, ,
在關鍵點處生成節點；
nkpt,100,4 !與編號為117的節點耦合
nkpt,101,9 !
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（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 平面三角桁架（常為屋架）ANSYS靜力分析（桿單元） ￥1.25
作者介紹： 力學碩士，有七年的結構有限元分析經驗
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在ANSYS中，桁架結構（只承受拉壓，不承受彎矩）要使用桿單元（link單元）進行分析。在新版的ANSYS中，一般都推薦使用link180單元，該單元有兩個節點，每個節點有三個平移自由度。對于本文的平面三角桁架分析，有如下注意事項：
1 link180是三維桿，分析平面問題，需要約束一個自由度，一般為Z向。
2 桁架結構的建模，可以直接從節點單元開始，因為桁架的每根桿都只劃分為一個單元。
3 link180單元的截面雖然可以用sectype和secdata來定義，但計算本質還是轉化為實常數。
4 對于桿結構，荷載都施加在節點上，桿單元不能施加線荷載。
對于線模型（桿結構，梁結構，管結構），SECTYPE和SECDATA是很重要的命令：
當命令sectype的type是link的時候，secdata定義桿截面面積。
如果讀者想詳細了解SECTYPE和SECDATA，可以輸入help, sectype或者help, secdata。如下圖：
然后按一下鍵盤的enter，軟件會跳出help文件，詳細解釋sectype。
后文目錄：
一：建模
二：求解
三：后處理
四：源文件
展開 
基于ANSYS APDL的兩端固定桿的單元生死仿真【轉載】
希望有所收獲
【問題描述】
一根兩端固定的桿如下圖所示。
材料數據如下
為了闡述如何使用ANSYS的單元生死技術，決定把該桿等分為3個單元，然后通過控制中間單元的生死，進行如下的熱應力仿真
（1）設置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，并保持所有單元都存活，做1次仿真
（2）設置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，殺死中間單元，做1次仿真
（3）設置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，激活中間單元，并設置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
（4）設置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加0度，保持中間單元存活，并設置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
通過上述四次仿真，以說明
（1）如何使用單元的生死技術
（2）當單元激活時，會根據節點溫度和該單元的材料參考溫度之差來確定它的初始熱應變。
【問題分析】
1.該例子來自于ANSYS15 APDL的認證算例《VM194 Element Birth/Death in a Fixed Bar》為了更清晰的闡明思路，本文對其進行了較大幅度的調整。
2.單元生死技術的使用，關鍵是首先要創建出所有的單元，然后在需要殺死改單元時使用EKILL命令，而在需要激活時使用ELIVE命令。
3.使用LINK180來建模桿。
4.創建2種材料。這兩種材料的彈性模量和泊松比一樣，但是參考溫度不一樣。一個參考溫度是0度，一個是100度。
5.先創建4個節點，然后創建3個單元。
6.固定兩個端節點，并給所有節點固定Z方向自由度，借此模擬二維桿件。7.按照題目要求進行先后四次的計算和后處理，以考察生死單元的使用。
8.本文采用APDL命令進行講解。
【求解過程】
1.
展開 基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態分析 ￥50
<p>基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態分析</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://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png" style="" width="622" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202503/attachment/4968e839a1834fbf9d63a7f4a426758e.png?
展開 ANSYS分析VS理論解 | 簡單托架應力和變形分析（桿單元實例）
BC桿的橫截面為圓，直徑d= 20 mm，橫截面積A1= 314 mm2。BD桿為8號槽鋼，橫截面積A2= 1020 mm2。外載荷F= 60 kN，E= 200 GPa。求BC桿和BD桿的內力、應力和B點的位移。
二、理論計算
三、GUI求解步驟
1．定義單元類型和材料屬性
(1)定義單元類型：Main
Menu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete →Add
→在左列表框中選擇Link，在右列表框中選擇3D finit stn 180 →OK →Close。
(2)定義實常數：Main
Menu >Preprocessor >Real Constants >Add →Type 1 →OK →Real
Constant Set No.：1, AREA：314 →Apply，Real Constant Set No.：2, AREA：1020
→OK →Close。
(3)設置材料屬性：Main
Menu >Preprocessor >Material Props >Material Models
→Structural → Linear → Elastic →Isotropic →EX：2E5，PRXY：0.3 →OK。
2．建立模型
(1)定義節點：Main Menu >Preprocessor >Create >Nodes > In Active CS →依次輸入3個節點坐標1(0,0,0)，2(0,0,1.2E3)，3(0,-1.6E3,0) →OK。
(2)定義單元：
①定義BC桿的單元：Main Menu >Preprocessor >Create >Elements >Auto Numbered >Thru Nodes →拾取節點1和2 →OK。
展開 完全掌握workbench的梁單元和桿單元（含5個實例） ￥1.25
</em></p><p>～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～</p><p> ANSYS分析軟件的應用范圍包含：結構，流體，熱分析，電磁場，耦合場等。本文只涉及結構，所以要把結構講的透徹，讓讀者看完后，感覺水平被提高了一個檔次。讓讀者覺得很值。</p><p>本文目錄：</p><p><strong>1 結構單元類型</strong>；</p><p><strong>2 桿單元LINK180詳解</strong></p><p><strong>3 梁單元BEAM188和BEAM189詳解</strong></p><p><strong>4 實例一（導入線模型的注意事項）</strong></p><p><strong>5 實例二（如何用梁單元替代桿單元）</strong></p><p><strong>6 實例三（梁單元的偏移）</strong></p><p><strong>7 實例四（梁單元的剛接和鉸接）</strong></p><p><strong>8 實例五（梁單元的后處理）</strong></p><p><strong>9 總結</strong></p><p><strong>～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～</strong></p><p><strong>1 結構單元類型</strong></p><p> 下圖幾乎列舉出了ANSYS中所有的結構單元，但事有輕重緩急，單元也是。
展開 UEL單元開發（2）——一維桿單元（內含大福利！）
木木做單元開發也有一段日子了，在編寫XFEM的單元時，遇到了瓶頸，打算先告一段落，將自己的一些經驗分享出來給大家，希望幫助大家快速入門，在以后的推文中也會以單元開發為主，就像之前講解Umat一樣，用自己通俗易懂的語言講述下來。
本篇推文由兩部分組成：「其一」，以「一維桿單元」UEL子程序為主，從理論到代碼Step-by-Step向大家講解，并于Abaqus中標準單元做對比，驗證代碼的正確性；「其二」，木木受邀于北鯤云超算平臺做主講人，將在5月24日晚上七點于B站進行大約一個小時的講演匯報，帶著大家熟悉Abaqus的基本操作，基于Abaqus的擴展有限元仿真以及如何正確使用超算平臺，直播過程中還有大量驚喜禮品、豐富算力金進行抽獎~歡迎大家積極參與。
一維桿單元UEL子程序
一維桿單元子程序的代碼應該是UEL中最簡單的了吧，就好像線彈性Umat那樣，囊括了一些UEL的基本思想，可對比之前的二維彈簧單元子程序來學習。
展開 第二篇：2d桿單元
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，已知桁架E=210GPa，A=0.0005m2，具體載荷如下圖所示，求：a）總剛；b）節點位移；c）單元應力。
一、有限元法求解
步驟1：離散化
單元
節點i
節點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，F1x=0，F1y=-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。
展開 第三篇：3d桿單元
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，微信聯系方式：
有限元基礎編程——桿單元（附Matlab源碼）
2D桿單元
坐標變換
2D桿單元在編寫的時候涉及到由局部坐標系向整體坐標系變換的過程。
workbench中桿單元的創建及求解(詳細圖文教程) ￥3
桿是工程中常見的基本構件，通常被認為是二力桿，只能承受軸向拉、壓作用，可用于模擬桁架、索、鏈桿、彈簧等。然而在workbench中，無法直接生成桿單元，需要輸入APDL命令來生成桿單元，現常用LINK 180單元，具有塑性、蠕變、旋轉、大變形和大應變功能，支持彈性、各向同性強化塑性、隨動強化塑性等材料定義。這里通過簡單的算例進行演示，附件中教程給出了從創建、輸入命令流，到輸出計算結果的詳細過程。
【ABAQUS算例】如何用Hypermesh建立ABAQUS中的桿單元
這期呢，主要講解一下怎么在Hypermesh建立一根桿，然后導入ABAQUS中計算。之前在做一個骨頭韌帶仿真時，需要在已有的骨頭基礎上，加上韌帶，之前沒有做過桿單元，倒騰了很久。所以，這里就做一個簡單的算例，做一個ABAQUS中桿單元的前處理。希望給需要的人帶來幫助。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 120, 136);"> </span>相信大家都知道，桿只受軸向的力作用，跟材料力學中的二力桿性質相似。這里建立一個長1m,半徑為0.05m（面積7.85E-3），彈模為2E10Pa的桿。邊界條件為，一端固定約束，另一邊施加軸向力10N。下面就是具體操作方法。操作的步驟分兩步走，第一步在Hypermesh中設置桿單元，施加邊界條件；第二步導入ABAQUS中進行求解。</p><p>Hypermesh操作步驟</p><p><br></p><p><br></p><p> <img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/202108/imgs/fa067507654742f78cdd6bbeb04e0768"> </p><p><br></p><p>（1）在Model中創建部件，材料，截面管理。
展開 Matlab有限元基礎編程 | 3節點桿單元(附云圖繪制)
）
2 節點桿單元對比
篇幅原因，這里就不展現2節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。
