梁單元模擬的案例
Abaqus利用梁單元模擬螺栓連接 附基于ABAQUS對螺栓斷裂問題仿真分析下載
螺栓的模擬在Abaqus也有幾種不同的處理方式。
（1）建立三維實體的螺栓模型，包括螺紋結構；
（2）建立三維實體的螺栓模型，忽略螺紋結構；
（3）建立三維實體的螺栓模型，由Abaqus自帶的螺紋接觸定義方式設置螺紋接觸；
（4）利用梁單元或者桿單元模擬螺栓。
本次以梁單元模擬螺栓為例，簡單闡述其應用。利用梁單元模擬螺栓與實體螺栓相比優勢比較明顯，模型簡單、接觸定義簡單、收斂容易，同時梁單元也能有效反應螺栓的受力情況，在很多情況下比較適用。
螺栓的模擬通常需要考慮預緊力的作用，利用CAE方法模擬螺栓預緊力的過程主要由三個載荷步完成，下面的例子會涉及。
建立如下所示的模型，三個部件，兩塊板和一根梁，其中梁是一個3D wire，建立一條線即可。
圖1
材料屬性定義的時候，梁單元需要指定梁截面，如下圖所示。
圖2
梁的截面形狀可以根據需要指定，本次為圓形截面，半徑為10，如下圖所示。
圖3
同時，梁單元還需要指定方向，通過菜單欄Assign-Beam Section Orientation，給出其中的n1向量，這里注意，梁的軸向是由向量t表示的，n1和n2兩個向量決定梁截面，其中t向量和n1、n2兩個向量決定的平面垂直。
本次定義n1向量為0,0,-1，最終梁的方向定義完成如下所示。
圖4
之后利用Interaction模塊下面的Constraint將梁與相關位置建立MPC連接，如下所示。
圖5
梁單元的兩端節點分別與螺栓螺帽位置處的節點進行MPC連接，連接形式可以由多種，這里選擇Beam連接。
定義多個載荷步，其中前三個載荷步用于施加螺栓預緊力。
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
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
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展開 ANSYS各類型單元連接專題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接
例如采用ANSYS模擬一個多層混凝土框架結構，一般除計算整體指標外，我們在計算具體荷載作用時（如風荷載、地震作用、恒載、活載等），樓板一般采用彈性版，此時可用殼單元模擬，主梁、次梁采用梁單元模擬，此時變為梁單元包含在殼面內的情況，當然此類情況是否需要考慮截面偏置，可根據具體工程而定。
對這中梁單元包含在殼單元面內的情況，只需要將梁單元與殼單元共用節點即可，而無須格外建立約束方程。
三、梁單元在殼單元內但不包含
此種情況為梁與殼位于同一面內，但其中面不包含梁線，適用于多尺度建模分析（如下圖）。梁單元與殼單元的連接在端部可以通過剛性梁和剛性區域兩種方式連接。剛性梁采用MPC184單元，剛性區域采用Cerig命令，具體使用方法下期文章討論。
展開 
ABAQUS梁單元的應用
此外，用戶必須在整體笛卡爾坐標系中定義梁橫截面的方向。從單元的第一節點到下一個節點的矢量被定義為沿著梁單元的局部切線t，梁的橫截面與局部切線矢量垂直。矢量n1和n2代表梁橫截面的局部軸。3個矢量t，n1，n2構成了符合右手法則的局部直角坐標系，如圖3。
對于二維梁單元，n1的方向總是（0.0, 0.0, -1.0）。
對于三維梁單元，給定一個近似的n1方向，ABAQUS定義梁的n2方向為t×n1。在n2確定后，ABAQUS定義實際的n1方向為n2×t。上述過程確保了局部切線與局部梁截面軸構成了一個正交系。
4.梁單元的選擇
（1）對任何涉及到接觸的分析，應使用一階、有剪切變形的梁單元（B21，B31）。
（2）如果橫向剪切變形非常重要，則采用Timoshenko（二階）梁單元（B22，B32）。
（3）對于結構剛度非常大或非常柔軟的結構，在幾何非線性分析中應當使用雜交梁單元（B21H，B32H，等）。
（4）ABAQUS隱式求解器中，Euler-Bernoulli三次梁單元（B23，B33）模擬承受分布載荷作用的梁有很高的精度。
（5）ABAQUS隱式求解器中，模擬開口薄壁橫截面的結構應該采用應用了開口橫截面翹曲理論的梁單元（B31OS，B32OS）。
ABAQUS梁單元的應用.pdf
展開 基于beam3單元的梁單元模擬，共計21個梁理論模型 ￥30
對于不同邊界條件的梁模擬，共計21個模型
仿真分析結果
理論計算模型與apdl命令流，見附件
基于beam188單元的梁單元模擬，共計21個梁理論模型 ￥50
之前做了基于beam3做了，梁的理論計算，但是無法輸出應力，
這次改用beam188做，邊界條件復雜了。
彎矩
附件beam188.rar，
ANSYS各類型單元連接專題講解（三）之梁與殼體鉸接
前面一篇文章主要講解了桿單元與各類單元連接的基本情況，在很多時候，我們使用梁單元的頻率要遠遠大于桿單元，因而如何處理好梁單元與各類單元的連接是做好仿真模擬的關鍵。
梁單元與桿單元不同之處在于節點除了有平動自由度之外，還附加有轉動自由度。針對2D梁單元，節點具有Ux、Uy以及Rotz三個自由度；針對3D梁單元，節點具有Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty、Rotz以及WaRp(僅Beam18x系列單元)。
板殼單元實際上具有五個自由度，分別為Ux、Uy、Uz以及Rotx、Roty，但很多時候引入了第六個面內轉動Rotz，但值得注意的是該自由度的含義與梁單元的Rotz含義并不相同。
2D實體單元節點自由度僅有Ux、Uy，3D實體單元節點自由度包含Ux、Uy、Uz。
從上面可見，不同單元類型其節點自由度的數目以及含義不一樣，因而在處理單元連接時，需根據實際情況分不同種類來確定其連接方法。但就梁單元而言，與各單元類型的連接可分為如下情況：
1）梁單元與殼、實體單元鉸接；
2）2D梁單元與2D實體單元剛接；
3）3D梁單元與殼單元剛接；
4）3D梁單元與3D實體單元剛接；
本篇介紹梁單元與殼、體單元的鉸接問題。
從上面介紹的三種單元節點自由度類型可見，梁單元與體單元節點的平動自由度物理意義相同，因此如果需實現梁單元與實體單元的鉸接，兩者共用節點即可；也可兩者無共用節點，但具有重合節點時，直接耦合節點的平動自由度。
然殼單元與梁單元的節點自由度除了Rotz有所不同外，其余5個自由度皆具有相同的物理意義，因而當梁單元與殼單元具有公共節點時，可認為是除了Rotz外的一種剛性連接，例如最常見的建筑結構梁板體系的模擬。
展開 基于ANSYS APDL的輸電導線復合材料梁單元找形分析（二）
3基于ANSYS輸電導線梁模型的找形分析
3.1輸電導線ANSYS模擬復合材料模型的基本思想
如圖3所示，本文采用復合材料梁模型模擬輸電導線，在ANSYS中通過截面設置來實現不同鋼芯和鋁絞線兩種材料的賦予。不同于將導線看做一個均勻化的整體模型，復合材料梁單元模型分別對鋼芯和鋁絞線部分賦予對應的材料參數，滿足各自的本構關系，這樣更有助于分析導線內部的應力分布。復合材料模型需要通過截面設置來實現不同材料的賦予。同時，為了避免重力的二階效應帶來的影響，在ANSYS中選擇BEAM189三維3節點梁單元來模擬輸電導線，該單元具有應力剛化效應、模擬大變形、蠕變的功能等特點。
圖3 輸電導線截面材料分布圖
3.2輸電導線ANSYS模擬復合材料模型的基本步驟
如圖3所示，本文采用復合材料梁模型來模擬導線，鋼芯和鋁絞線部分分開來建模，在ANSYS中通過截面設置來實現不同鋼芯和鋁絞線兩種材料的賦予。本文復合材料梁模型找形基本步驟如下：
（1）建立初始有限元找形模型：
目前主要的初始導線建模方法有兩種，一種是在導線弦線位置上創建初始直線幾何模型；另一種是通過架線參數、輸電線載荷參數依照式（3）建立懸鏈線模型。本文采用后一種方法建模：即通過公式在兩懸掛點間建立懸鏈線模型，通過后續迭代計算不斷自動更新校正導線有限元模型，最終得到找形后的標準導線初始形態。
（2）加載求解:
施加自重荷載、初應變后求解,更新導線有限元模型，如果求解后的結果不能滿足收斂條件，則繼續迭代求解直到滿足收斂條件為止。
展開 abaqus實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接設置
使用多點約束MPC，實現實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接如何設置，實體單元梁彎矩曲線怎么提取？可下載附件，也可觀看視頻。
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15810?nagivator=course
abaqus實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接設置.rar
ABAQUS模擬梁單元斷裂的本構程序（VUMAT） ￥5
完整的代碼并且有說明，尤其適合模擬納米材料斷裂（調整判據，不斷裂也行）的行為。根據自身需要，修改相應的參數即可。
ABAQUS模擬梁單元斷裂的本構方程（VUMAT） ￥3
* TEMPNEW, STRETCHNEW, DEFGRADNEW, FIELDNEW,
C WRITE ONLY -
* STRESSNEW, STATENEW, ENERINTERNNEW, ENERINELASNEW )
C
INCLUDE 'VABA_PARAM.INC'
C
DIMENSION COORDMP(NBLOCK,*), CHARLENGTH(NBLOCK), PROPS(NPROPS),
1 DENSITY(NBLOCK), STRAININC(NBLOCK,NDIR+NSHR),
2 RELSPININC(NBLOCK,NSHR), TEMPOLD(NBLOCK),
3 STRETCHOLD(NBLOCK,NDIR+NSHR),
4 DEFGRADOLD(NBLOCK,NDIR+NSHR+NSHR),
5 FIELDOLD(NBLOCK,NFIELDV), STRESSOLD(NBLOCK,NDIR+NSHR),
6 STATEOLD(NBLOCK,NSTATEV), ENERINTERNOLD(NBLOCK),
7 ENERINELASOLD(NBLOCK), TEMPNEW(NBLOCK),
8 STRETCHNEW(NBLOCK,NDIR+NSHR),
9 DEFGRADNEW(NBLOCK,NDIR+NSHR+NSHR),
1 FIELDNEW(NBLOCK,NFIELDV),
2 STRESSNEW(NBLOCK,NDIR+NSHR), STATENEW(NBLOCK,NSTATEV),
3 ENERINTERNNEW
展開 cohesive單元分層開膠斷裂模擬-雙懸臂梁剝離DCB（三維模型） ￥2
cohesive單元分層開膠斷裂模擬-雙懸臂梁剝離DCB（三維模型）
SAMCEF 轉子動力學仿真案例（一維二維三維）
1.一維模型梁—剛性盤—彈簧模型
轉子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質量單元模擬。這種模型計算速度快，適用于有大量設計參數需要進行調整的初步分析。
2. 二維模型傅里葉多諧波軸對稱模型
轉子采用2D 傅里葉多諧波單元模擬，可準確描述結構的軸向變形、扭轉變形和彎曲變形。這種模型適合對轉子結構創建更精細的計算分析模型及葉片數量較大的轉子模型。
3. 三維模型（多級）循環對稱模型或3D 模型
轉子采用3D 有限元實體單元模擬，可以更詳細、更精確的描述發動機的幾何特性。適用于結構彎扭振動耦合作用明顯時或者葉輪、風扇等較復雜的幾何模型。
這里有SAMCEF轉子動力學建模實例，包括1維/2維/3維模型，
SAMTECH 公司是世界著名的有限元軟件S A M C E F 的開發商及供應商，成立于1986年，專注于機械系統仿真、數值分析和多學科優化等領域。30年來，SAMTECH憑借強大的技術實力、專業的技術團隊及完善的服務體系贏得了全球眾多用戶的青睞。轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。SAMCEF FOR ROTOR是專業的轉子動力學分析軟件，在航空發動機設計分析領域有著廣泛應用，是世界范圍內著名的商用轉子動力學軟件，包含多種轉子模型的定義。
1.一維模型梁—剛性盤—彈簧模型
轉子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質量單元模擬。這種模型計算速度快，適用于有大量設計參數需要進行調整的初步分析。
2. 二維模型傅里葉多諧波軸對稱模型
轉子采用2D 傅里葉多諧波單元模擬，可準確描述結構的軸向變形、扭轉變形和彎曲變形。這種模型適合對轉子結構創建更精細的計算分析模型及葉片數量較大的轉子模型。
3.
展開 案例23-使用梁單元的風機葉片模態分析
本案例演示了如何使用梁單元來模擬一個風機葉片這樣的細長復合結構。
主要用到了下列特點和能力：
• 劃分網格的梁截面子類型能夠方便地表示有復雜幾何和非均勻材料的組合式截面
• 能夠定義變截面幾何的錐形梁截面
• 為提高計算效率和精確度的立方插值選項
• 從一個包含復合材料的分析中儲存非平均結果格式
風機在可再生能源的獲取中扮演了重要的地位，風機葉片是風機的關鍵部件，葉片優化設計對于風機的最終效率和強度非常重要。
因為其極佳的成形性和比強度，纖維增強復合材料在葉片的生產中被廣泛應用。與它們的傳統對應物相比，復合材料引入了一系列的設計參數，如基體和纖維材料的性能、層厚和纖維方向等。
每個葉片的設計必須仔細驗證。比如，為避免災難性的失效，必須讓其固有頻率不接近任何一個共振頻率。沒有為設計驗證做的有效模擬的幫助，復合葉片的設計過程會極其耗時。
因為葉片具有復雜的幾何形狀，常規的策略是使用殼單元和實體單元對風機葉片進行3D有限元建模。通過精細的三維模型，葉片的整體和局部力學響應能夠被殼單元和實體單元充分地預測出來，當設計改變時，使用殼單元或實體單元的劣勢就顯現了出來。
在設計中小的改變能夠導致整體三維模型部分或完全的重構，因為三維模型通常很難建模或修正，在設計過程中的頻繁修正不是很實用。
在某些情況下，尤其在設計的初級階段，只考慮葉片的整體力學響應。一個如一維梁單元的簡化模型在這種情況下可能更適合。具有高階截面-建模能力的梁單元能夠付出最小的建模和計算成本，并準確預測典型復合風機葉片的固有頻率。
下圖顯示了長30m的單風機葉片，包含了主要三種結構：蒙皮，翼梁和抗剪腹板。
在實際應用中，葉片的三個部分均可以用層狀復合材料。
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