cbeam單元
關注創建者：匿名 創建時間：2021-11-01
cbeam單元的實例教程
1、CBEAM的特點
在 NX Nastran 中，使用 CBEAM 定義梁單元，使用 PBEAM、PBCOMP 或 PBEAML
定義其屬性。梁單元支持拉伸、扭轉、在兩個垂直平面中的彎曲和相應的剪切。CBEAM 單元提供 CBAR
單元的所有功能，以及下面的附加功能：
? 可以在梁的兩端和梁長度方向的最多 9 個中間位置定義多種橫截面屬性。
? 中性軸和剪切中心不需要重合，適用于非對稱橫截面。
? 橫截面的扭曲對扭轉剛度的影響包括在內（僅限 PBEAM）。
? 楔形梁截面形狀漸變對橫向剪切剛度（抗剪）的影響包括在內（僅限 PBEAM）。
? 使用 PLOAD1，可以對CBEAM單元施加集中載荷或者單元長度上的分布載荷。
? 可以為非結構質量的中心指定另外的軸線。
? 動態分析中考慮了分布式轉動慣量。
? CBEAM 可以使用 PBCOMP （復合梁），對由多根軸線平行的桿構成的的梁進行建模。
? CBEAM 支持非線性材料屬性：僅限彈塑性材料（ MATS1 輸入項中的 TYPE =PLASTIC）。
? 剪切中心、中性軸和非結構質量的重心可以不在同一點。
? 橫截面屬性 (A, I1, 12, I12, J) 和沿長度方向的非結構質量可任意變化（僅限 PBEAM）。
2、CBEAM格式
CBEAM和CBAR的格式很相似，唯一的不同是多了SA、SB兩個字段。
SA和SB分別是 A 端和 B 端的標量點或節點標識號。這些點的自由度為扭曲梯度 dθ /dx。
3、CBEAM單元坐標系
4、CBEAM單元的截面定位、端點偏移、Pin flag 的定義方法都和CBAR單元一樣。
5、CBEAM 力和力矩約定
圖 3-17 中顯示了單元力的正方向。
展開 基于optistruct的含cbeam單元的簡易非線性分析，本案例目的在于學習如何在optistruct中簡易模擬含有beam單元的擠壓，如何定義cbeam單元、建立非線性材料、非線性分析步等。通過本案例的學習可獨立完成含C beam單元非線性工程分析仿真模型。其前處理是在optistruct中完成，h3d結果文件在hyperview中查看。
分析結果動畫-等效塑性應變
分析模型顯示cbeam單元的3d效果
分析模型不顯示cbeam單元的3d效果
相關模型及腳本文件見附件。凡購買本案例的朋友針對收費內容部分有疑問，可以一起交流。
展開 壓縮載荷非線性分析的結果（Y方向正應力）：
全部采用CBEAM單元進行分析得到的結果如下，剛度為3902 lbf/in，確實比shell模型大很多。
下面介紹彎管CBEND單元的建模方法，直線段仍然采用CBEAM單元。
手冊中關于FSI（柔度應力增強因子）=2的說明如下，解釋了彎管的柔度和應力計算采用的公式。
以上CBEND模型，1in強制位移得到的支反力結果如下。剛度為1423 lbf/in與測試結果1426lbf/in非常接近。
總結：
對于彎梁結構，采用CBEAM單元會使得剛度偏大，不建議使用。
如果模型不是太大，可以使用shell
2d單元。如果模型太大，需要用1d單元簡化時，采用CBEND單元能夠準確模擬彎梁剛度。
展開 線單元，也稱作1D單元，用于表示桿和梁的特性。1D單元用于描述兩個節點之間直線或曲線結構的剛度。典型的應用
包括梁結構、加強筋、拉索、支撐裝置、網格連接等等。
NX
Nastran 中的1D
單元包括： CBAR、CBEAM、CBEND、CONROD、CROD、CTUBE、CVISC。
桿單元支持拉伸、壓縮和繞軸線的扭轉，但不支持彎曲。梁單元包括彎曲，NX
Nastran 還區分了“簡單”梁和“復雜”梁。
?
簡單梁使用CBAR單元建模，要求梁的橫截面屬性一致。CBAR單元還要求剪切中心與中性軸重合。因此，可能發生扭曲（warp）的梁不能用CBAR單元建模，如開口槽形截面梁。
?
復雜梁使用CBEAM單元建模，CBEAM單元包含CBAR的所有特征及一些其他的特征。CBEAM單元允許橫截面沿軸線漸變（楔形），中性軸和剪切中心可以不重合，橫截面可以發生扭曲。
補充：
1、兩個節點之間直線或曲線結構的剛度（stiffness
along a line or curve between two grid
points）。為什么要說“直線或曲線”，
而不是只講直線？對于曲線，把網格畫的足夠細，不就可以用直線代替了嗎？這里是為了體現CBEAM和CBEND這兩種單元的區別。對于曲桿、彎梁或彎管等
中心線彎曲的結構，如果用CBEAM單元模擬，結果會剛度偏大，用CBEND單元更合適。當然，如果模型不是太大的話，也可以用2D或3D單元。
2、中性軸。根據平面假設，梁彎曲時，頂部“纖維”縮短，底部“纖維”伸長，由縮短區到伸長區，其間必存在一長度不變的過渡層，稱為中性層。中性層與橫截面的交線稱為中性軸。
3、平面彎曲。
變形后，梁的軸線成為一條平面曲線。
展開 最后注意：
CBAR 單元假定中性軸和剪切中心重合。對于非對稱橫截面，實際的剪切中心與中性軸不重合。如果差別很大，則應使用 CBEAM
單元來代替，否則結果可能不正確。
cbeam單元的相關專題、標簽、搜索
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前段時間接觸到桁架橋的結構分析，桿件橫截面主要為BOX和C型槽，C型槽的剪切中心和中性軸不重合，前處理采用梁單元cbeam建模，單元類型選擇cbar還是cbeam，可以參考：【HyperMesh寶典】之梁單元 (qq.com)。
)，Cbeam(梁類單元)，Rbe2(剛性單元)等較為合適
這部分的重點為如何賦予更加合理的等效剛度
根據上述簡化方式，就能得到下面幾種基礎型簡化方案
而上述各種基礎型簡化方案根據耦合單元連接方式與范圍，1D單元詳細組成的不同又可以衍生出不同的子類，這樣就構成HyperMesh中各種螺栓連接模板
因此我們軟件中增加了Nastran的部分算法，使得一般工程算例和Nastran的誤差控制在1%內，主要包括：
（1）增加Nastran的CBEAM梁單元的算法
（2）增加Nastran的CQUAD殼單元的算法
（3）增加Nastran其它細節方面的算法
有興趣可以查看下面文章：
第三十七篇：梁單元差異（1）-理論基礎
https://jishulink.com/content/post
工況（2）：左端自由加力矩，加z+方向力矩M=1：
iSolver導出到Abaqus B31單元和Nastran的CBEAM單元UR3結果都是2.09，如下：
工況（3）：在工況（2）的基礎上左端簡支
Abaqus B31單元和Nastran的CBEAM單元UR3結果分別是5.229和4.24，如下：
1.4.3
基于optistruct的含cbeam單元的簡易非線性分析，本案例目的在于學習如何在optistruct中簡易模擬含有beam單元的擠壓，如何定義cbeam單元、建立非線性材料、非線性分析步等。通過本案例的學習可獨立完成含C beam單元非線性工程分析仿真模型。
需要注意的是：①1D單元種類較多，本文僅以其中最為常見的cbeam單元進行描述 ②正常模型屬性有材料屬性以及單元屬性，本文主要對單元屬性進行闡述 ③文章內容基于HyperMesh平臺，OptiStruct求解器
如圖所示，正常梁單元由主骨架+虛擬截面構成，而梁單元的屬性主要包含截面形狀，截面方向，截面偏置以及自由度釋放。
需要重點強調的是：本文案例使用的求解器為HyperWorks的結構分析優化求解器OptiStruct，單元類型為cbeam，對應的分析問題為靜剛度問題，對于不同求解器中的梁單元，可能由于單元性質的不同得到不一樣的結論，比如筆者試過使用ANSYS的beam188計算得到的部分結論與本文并不一致。
對于1D單元，支持CBAR、CBEAM單元。這里我們用一個帶內部聲場的簡單圓柱結構介紹如何使用EFEA軟件，建立EFEA模型的基本步驟如下：
1、采用前處理軟件建立合適的有限元模型
這里可以采用任意的有限元建模軟件如patran、hypermesh等。這里要說明的是，單元網格可以足夠粗，只要和幾何特征匹配即可。
CBEAM單元
CBEAM單元的數據卡格式：
CBEAM
EID
PID
GA
GB
X1
X2
X3
PA
PB
W1A
W2A
W3A
全部采用CBEAM單元建模時，得到剛度為3930 lbf/in；
全部采用shell單元建模時，剛度為1560lbf/in；
直線段采用CBEAM單元、彎曲段采用CBEND單元時，剛度為1410lbf/in。
我們可以看出，全部采用CBEAM單元模擬彎管結構時，剛度比實際大很多，而采用CBEND單元對彎曲部分建模時，得到的剛度與實際非常接近。
