ansys梁與桿單元
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys梁與桿單元的視頻教程
ABAQUS梁單元加鋼筋、殼單元加鋼筋（纖維桿rebar)
講解了在ABAQUS中將鋼筋置于梁單元及殼單元，混凝土材料可用CDP； 講解了在ABAQUS中如何查看梁單元及殼單元中鋼筋內(nèi)力，應(yīng)力等； 將鋼筋置于梁單元和殼單元的方法還有inp文件編輯等方法，但參數(shù)等設(shè)置基本不變； 由于時(shí)間和精力等原因，視頻課程并不完美，若有討論，請(qǐng)私信，若有錯(cuò)誤，請(qǐng)指教，并見諒。
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workbench靜力分析（三實(shí)例，學(xué)會(huì)梯度線荷載施加方法，鉸接點(diǎn)設(shè)置，梁桿單元轉(zhuǎn)換，共結(jié)點(diǎn)問題）
連續(xù)梁問題，實(shí)現(xiàn)workbench解決無法施加梯度線荷載問題，wb+命令流。對(duì)比線體和實(shí)體模型計(jì)算差別。 實(shí)現(xiàn)梁桿單元轉(zhuǎn)化，并解決鉸接點(diǎn)問題，wb+命令流。 Old North Park Bridge大橋wb求解，解決建模難點(diǎn)問題，及共結(jié)點(diǎn)問題。
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ansys梁與桿單元的實(shí)例教程
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(shí)體的順序，先說說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連接的例子。
案例一：工業(yè)廠房
此類結(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單元進(jìn)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(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單元模擬，混凝土框架柱可采用實(shí)體單元模擬。
一直以來，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，梁單元、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，無需建立約束方程。
下面是一個(gè)簡單的類似雨棚案例，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(jié)構(gòu)。
下面為建模過程
!
展開 <strong>學(xué)習(xí)梁單元的重點(diǎn)有四個(gè)：1如何用梁單元替代桿單元；2梁單元的偏移設(shè)置，具體設(shè)置可查看后文實(shí)例三（梁單元的偏移）；3梁單元的剛接和鉸接，具體設(shè)置可查看后文實(shí)例四（梁單元的剛接和鉸接）；4梁單元計(jì)算結(jié)果的查看，具體設(shè)置可查看后文實(shí)例五（梁單元的后處理）。</strong></p>
在比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的有限元分析中，不同的結(jié)構(gòu)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(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)目是不同的，不同類型單元的連接節(jié)點(diǎn)處的自由度的耦合問題，是一個(gè)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(jié)點(diǎn)處的自由度(DOF)。
也可以用CE命令來認(rèn)為添加自由度之間的約束方程來達(dá)到耦合的目的。
下面是一個(gè)簡單的算例，使用了CE命令來耦合連接節(jié)點(diǎn)處的自由度。
模型是航天器的機(jī)翼的一個(gè)Section的某一個(gè)隔框。上下表皮是薄殼結(jié)構(gòu)，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(shí)候，link8單元和shell63單元在連接有各自獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)。即：link8單元和shell63單元的節(jié)點(diǎn)在連接處是重合的，但是，節(jié)點(diǎn)編號(hào)是各自獨(dú)立的。
link8單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 ux,uy,uz3個(gè)平動(dòng)自由度；
shell63在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有ux,uy,uz這3個(gè)平動(dòng)自由度和rotx,roty,rotz這3個(gè)轉(zhuǎn)個(gè)自由，共6個(gè)自由度。
在耦合節(jié)點(diǎn)處，兩個(gè)耦合節(jié)點(diǎn)的ux,uy,uz自由度應(yīng)該是相等的。
這個(gè)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(shí)常數(shù)；
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(guān)鍵點(diǎn)處生成節(jié)點(diǎn)；
nkpt,100,4 !與編號(hào)為117的節(jié)點(diǎn)耦合
nkpt,101,9 !
展開 徐變應(yīng)變可表達(dá)為：
其中， ?(t,τ)為徐變系數(shù)，需通過規(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)生過程。
案例文件中包含：
1. 00-ConcreteCreep-benchmark.mac【徐變標(biāo)定文件，開箱即用，可以用來和手算對(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)確分析出來就是徐變分析。機(jī)理一大堆，教科書上都比較詳盡，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，拿過來可以直接運(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 大家 來分享啊
平面問題、桿問題、梁問題、空間問題、軸對(duì)稱問題各種實(shí)例分析
桿問題實(shí)例.pdf
空間問題實(shí)例.pdf
梁問題實(shí)例.pdf
平面問題實(shí)例.pdf
軸對(duì)稱問題實(shí)例.pdf
ansys梁與桿單元的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
ansys梁與桿單元的最新內(nèi)容
開篇點(diǎn)題，不說廢話，直接給出生成梁單元的手動(dòng)操作方式和模塊化命令流。
手動(dòng)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
徐變是混凝土在長期恒定應(yīng)力作用下產(chǎn)生的時(shí)變不可逆變形，其發(fā)展規(guī)律呈現(xiàn)前期快速增長、后期漸趨穩(wěn)定的特征。主要受應(yīng)力水平、材料配比、環(huán)境濕度、構(gòu)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(nèi)規(guī)范（如JTG3362-2018）推薦基于線性疊加原理的徐變系數(shù)法。徐變應(yīng)變可表達(dá)為：
<p>基于ANSYS Workbench2024R2 桿單元不同載荷下的瞬態(tài)分析</p><p>預(yù)應(yīng)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:/
在《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-梁單元3》中對(duì)比了梁單元和實(shí)體單元的結(jié)果，表明梁單元計(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(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），下面分別采用梁單元和殼單元分別計(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
針對(duì)一個(gè)懸臂梁的固有頻率求解，本節(jié)課對(duì)采用梁單元、實(shí)體單元和理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
存在上圖尺寸的懸臂梁，分別采用三種方式計(jì)算該懸臂梁的第一階固有頻率。
1.理論計(jì)算
上式為計(jì)算懸臂梁的第一階固有頻率的計(jì)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(zhì)量-7.85e
圖1
上圖為兩個(gè)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(gè)C型梁的截面方向均為開口朝外，下面通過該實(shí)例詳述創(chuàng)建該梁單元的方法。
1.抽取梁截面
將CAD文件導(dǎo)入hypermesh后如圖1所示，然后按照?qǐng)D2進(jìn)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(diǎn)擊create后成功提取梁的截面并自動(dòng)切換到
前文已經(jīng)通過《hypermesh-ansys聯(lián)合仿真-基本步驟1》系列詳細(xì)說明了hypermesh與ansys聯(lián)合仿真時(shí)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(shí)需要注意的問題，當(dāng)忽略這些問題時(shí)往往會(huì)造成較大的誤差甚至錯(cuò)誤。
梁單元簡介
當(dāng)結(jié)構(gòu)長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)簡化為一維的梁單元，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
梁模型
有限元模型
結(jié)果查看
結(jié)果查看
附件包括分析模型
如下圖為導(dǎo)入Hypermesh中的實(shí)體梁，截面為非對(duì)稱，即截面在任何方向上都沒有對(duì)稱軸。本節(jié)通過Hypermesh提取實(shí)體梁的截面作為1D梁單元的截面。
圖1實(shí)體梁
圖2beam188梁單元
圖2是將提取的實(shí)體梁截面賦予beam188梁單元后的效果，藍(lán)色是1D梁單元，綠色是原來的實(shí)體梁，兩者完全重合。
通過該方法建立梁單元的關(guān)鍵點(diǎn)是梁截面的提取和賦予1D梁單元時(shí)梁截面方向的控制
接上篇《Hypermesh為ANSYS創(chuàng)建梁單元（一）》，此篇主要介紹通過形心或剪切中心和節(jié)點(diǎn)方向來控制非對(duì)稱梁截面的位置和方向。如下圖分別是實(shí)體梁和創(chuàng)建的beam188梁之間的對(duì)比，通過上述控制1D梁與實(shí)體梁的位置和方向完美重合。
實(shí)體梁
實(shí)體梁和beam188（藍(lán)色）對(duì)比效果
