ansys指定梁單元方向
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys指定梁單元方向的視頻教程
ansys指定梁單元方向的實例教程
按照上面的坐標系，我們賦予一個L形截面，會得到如下對應結果：
圖 4 單元坐標系與截面坐標系的對應
所以說實際上方向節點并不是說直接指定截面的Z方向，而是通過生成一個方向矢量V與X方向叉積得到Y方向，再將X方向與Y方向叉積就得到了Z方向，當方向節點K恰好在I節點上方的時候，I→K就是Z方向。明白了這個我們其實就可以理解調整梁截面的方向其實有兩種辦法：①通過方向節點間接定義②直接通過各種方式給出方向矢量。
開始兩個案例之前得先說明下：上述規則是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，比如下面兩個例子基于optistruct和nastran模板進行操作，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方向。
2 案例1
圖 5 案例一
首先，我們通過hyperbeam創建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，并對橫梁與縱梁進行網格劃分，默認情況下會得到如下的截面形式：
圖 7 默認截面方向結果
可以看到，大部分梁的截面方向以及偏置都不是我們要的，因此需要進行調整。
2.1 橫梁調整
首先調整橫向的梁。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構，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）則可以得到一個初步的結果，如下：
圖 8 初次調整
如上，雖然槽口的方向趨勢是對的，但是朝向卻是反的，因為截面方向還和梁單元的IJ方向有關，所以再把反的部分（白色部分）使用負Y方向矢量擺正即可得到下面的正確朝向結果（建議更新的時候pin a，b一起更新）。
展開 梁的軸向方向是定死的，就是兩個節點連線就行，但截面的方向是不定的，對一個平面來說，只需要兩個互相垂直的方向1和2。梁的彎曲效應主要由I11（1方向慣性矩）、I12（1-2方向慣性矩）、I22（2方向慣性矩）、形心位置等參數決定，對于圓形或者圓管，這些參數和1、2取哪個方向無關，但其它型材就相關了。對同一個截面，理論上1、2方向可以任意取，實際上基本原則總是取1、2方向后這些截面參數可以很容易的計算，譬如對L、T等肯定是沿翼板和沿腹板來取方向。但到底是1方向沿翼板還是2方向沿腹板，或者沿腹板的方向每個軟件并不相同。
一般軟件都有幾種方式設置梁的截面方向，有幾種：
（1） 指定一個三維方向矢量v
（2） 指定一個三維節點
（3） 指定一個轉角，這個轉角為默認的梁的方向沿軸線旋轉
這三種方式后臺最終都是先求出一個截面方向，另外一個方向只要滿足右手定則即可，在Abaqus、Nastran、iSolver中我們都以第一種方式直接指定一個三維矢量v來說明截面方向。同時以下方的L型材來說明同一個型材在不同軟件中的截面方向（算例名稱為OneBeam.cae/Beam-OneMesh-L）。
2.2 Abaqus的梁截面方向
2.2.1 Abaqus梁截面屬性關聯時的局部坐標系方向
在Abaqus中，創建一根梁由節點1和2組成，同時，節點1、2分別是梁的第一和第二節點。此例子中x=0為節點1。
展開 如何在整個模型中顯示指定單元，如1號單元，最好是一眼就能看出來的，比如顏色不同。
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 對于方程ROTZ2 = (UY3 - UY1)/10
稍作變形，0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2
由此式即可直接寫出對應的ANSYS命令流：
CE,1,0,3,UY,1,1,UY,-1,2,ROTZ,-10
3 模型
本次為梁單元與實體單元的連接，建立模型，如圖3所示，梁單元與實體單元有一個節點位置重合，為使位移和力矩能夠傳遞，需要耦合兩個節點的三個平移自由度，同時還需要用約束方程限制梁的三個轉動自由度。
圖3 梁單元與實體單元
4 約束方程
節點自由度耦合比較好操作，采用CP命令，重合位置處的兩個節點分別為節點1（梁）和節點21（實體），自由度耦合如下：
CP,1,UX,1,21 !耦合節點1和節點21X方向自由度
CP,2,UY,1,21 !耦合節點1和節點21Y方向自由度
CP,3,UZ,1,21 !耦合節點1和節點21Z方向自由度
為約束轉動自由度，由CE的參數項可知，需要先寫出轉動約束方程，對照圖4分別寫出三個轉動自由度的約束方程，圖4中紅圈的四個節點分布在中心節點周圍，將這幾個節點進行約束即可限制梁單元和實體單元的轉動自由度，自由度方程如下：
圖4 節點分布
ROTY(1)=(UX(626)-UX(2328))/ABS(NZ(626)-NZ(2328)) !Y軸轉動
ROTZ(1)=(UX(67)-UX(4283))/ABS(NY(67)-NY(4283)) !Z軸轉動
ROTX(1)=(UZ(67)-UZ(4283))/ABS(NY(67)-NY(4283)) !
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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：
視頻是關于自己做項目時遇見的問題，有需要的同學可自行觀看。視頻是關于如何畫鋼筋，怎么導入ansys，如何選取侵徹爆炸中單元類型，如何選取鋼筋方向點，何如畫鋼筋網格的。
（原創，歡迎轉載，轉載請說明出處）
1 概述
本系列文章研究成熟的有限元理論基礎及在商用有限元軟件的實現方式，通過
（1） 基礎理論
（2） 商軟操作
（3） 自編程序
三者結合的方式將復雜繁瑣的結構有限元理論通過簡單直觀的方式展現出來，同時深層次的學習有限元理論和商業軟件的內部實現原理。
有限元的理論發展了幾十年已經相當成熟，商用有限元軟件同樣也是采用這些成熟的有限元理論
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
