第七章 ansys梁单元分析和横截面形状要点

第七章梁分析和横截面形状

7.1 梁分析概况

梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相比，梁单元求解效率更高。

本章的内容只适用于 BEAM44(三维变截面单元)和另两种有限元应变单元 BEAM188 和 BEAM189 (三维梁单元)。这些梁单元与ANSYS 的其他梁单元相比，提供了更健壮的非线性分析能力，显著地改进了截面数据定义功能和可视化特性。参阅《ANSYS Elements Reference》中关于 BEAM44、BEAM188 和 BEAM189 单元的描述。

注意--如要对 BEAM44 单元采用本章论述的横截面定义功能，必须清楚不能应用这些功能来定义斜削的截面。此外，本章所述的后处理可视化功能不能应用于 BEAM44 单元。

注意--用户定义横截面功能可能不能应用CDWRITE命令。

7.2 何为横截面

横截面定义为垂直于梁轴的截面的形状。ANSYS提供有11种常用的梁横截面库，并支持用户自定义截面形状。当定义了一个横截面时，ANSYS 建立一个9节点的数值模型来确定梁的截面特性(Iyy，Izz 等)，并求解泊松方程得到扭转特征。

图7-1是一个标准的Z型横截面，示出了截面的质心和剪切中心，以及计算得到的横截面特性。

图7-1 Z型横截面图

横截面和用户自定义截面网格将存储在横截面库文件中。如果用BEAM44、BEAM188、BEAM189 单元来模拟线实体，可用LATT命令将梁横截面属性赋予线实体。

7.3 如何生成横截面

用下列步骤生成横截面：

1、定义截面并与代表相应截面形状的截面号(Dection ID)关联。

2、定义截面的几何特性数值。

ANSYS 提供了表7-1 所列出的命令，可以完成横截面生成、查看、列表和操作横截面库的功能。

表7-1 ANSYS 横截面命令

命令GUI菜单路径目的

PRSSOL

MainMenu>GeneralPostproc>ListRes

ults>

SectionSolutionUtilityMenu>

List>Results>SectionSolution

打印梁截面结果

(BEAM44不支持)

SECTYP E

MainMenu>Preprocessor>Sections>-

Beam-CommonSectnsMainMenu>

Preprocessor>Sections>-Beam-Cust

omSectns>ReadSectMesh

用SEID关联截面子类

型

SECDAT A

MainMenu>Preprocessor>Sections>-

Beam-CommonSectns

定义截面几何数据

SECOFF SET

MainMenu>Preprocessor>Sections>-

Beam-CommonSectnsMainMenu>

Preprocessor>Sections>-Beam-Cust

omSectns>ReadSectMesh

定义梁截面的截面偏

离

SECCON TROLS

MainMenu>Preprocessor>Sections>-

Beam-Add/Edit

覆盖程序计算的属性

值

SECNUM

MainMenu>Preprocessor>-Attribute

s-Define>DefaultAttribsMainMenu>

Preprocessor>-Modeling-Create>El

ements>ElemAttributes

识别关联到一个单元

的SECID

SECPLO T

MainMenu>Preprocessor>Sections>-

Beam-PlotSection

按比例显示梁截面的

几何形状

SECWRI TE

MainMenu>Preprocessor>Sections>-

Beam-WriteSecMesh

建立一个包含用户网

格自定义截面的ASCII文件

/SECLI B

MainMenu>Preprocessor>Sections>S

ectionLibrary>LibraryPath

设置SECREAD缺省截面

库路径

SECREA D

MainMenu>Preprocessor>Sections>S

ectionLibrary>

ImportLibraryMainMenu>Preprocess

or>Sections>

-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh

读入用户定义的截面

库、网格、自定义截面

SLIST

MainMenu>Preprocessor>Sections>L istSectionsUtilityMenu>

List>Properties>SectionPropertie

sUtilityMenu>List>Properties>

SpecifiedSectionProperties

汇总截面特性

SDELET E

MainMenu>Preprocessor>Sections>D

eleteSection

删除横截面

参阅《ANSYS Commands Reference》可以得到横截面命令的完整描述。

7.3.1 定义截面并与截面号关联

使用SECTYPE命令定义截面并与截面号关联。下面的命令将截面号2与已定义的横截面形状(圆柱体)关联：

命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLID

GUI: Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sectns

要定义自己的横截面，使用子形状(ANSYS提供的形状集合) MESH。要定义带 Iyy 和 Izz 的横截面，使用子形状 ASEC。

7.3.2 定义横截面几何特性和设置截面属性点

接着如上所示的SECTYPE命令之后，使用SECDATA命令来定义横截面的几何特性。注意 CSOLID 子形状有两个尺寸：半径和沿周向的格数。这样，下面的SECDATA命令指定圆截面梁的半径为 5，周向的格数为 8。通过SECNUM

命令设置截面的属性点为2。

命令：SECDATA, 5, 8

SECNUM, 2

GUI：Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sectns

Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs

7.3.2.1 确定要定义的格数

通常，在建立横截面时，用户不需要设置格数。ANSYS 将通过缺省的积分规则，计算截面值，如截面面积、对坐标轴的惯性矩，并将得出数值上精确的结果。

由于扭转常数从网格中导出，所以扭转常数的精度，与截面网格尺寸成正比。ANSYS 应用的缺省网格的精度符合工程应用要求。

对于常用的截面，可用两种方法指定网格尺寸。

应用[SECTYPE,REFINEKEY] 来设置薄璧截面的网格加密水平(CTUBE,CHAN,I,Z, L,T,HATS,HREC)。

应用SECDATA命令指定实体截面(RECT,QUAD,CSOLID)的划分数。

薄璧截面在厚度上最少有2个积分点，所以应用薄璧截面所得到的结果，对于材料非线性分析，应当是可接受的。

但是，在进行塑性分析时，对于实体截面的缺省格数可能需要改变。下面是 ANSYS 生成的实体截面网格，以及用户可能希望用它们进行的分析类型。

图7-2 截面网格的类型

7.3.3 用 BEAM44,BEAM188,BEAM189 单元模拟线模型

在用 BEAM44、BEAM188、BEAM189 单元划分线实体前，要定义一些属性，包括：

生成梁单元的材料设置属性点；

要划分线的梁单元类型；

以梁单元的轴向为基准的截面定位；参见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》§7.5.2；

生成梁单元的截面号。

使用LATT命令将这些属性与选择的线实体关联：

命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECID

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Lines

其中：

MAT--与所选择的尚未划分网格的线关联的材料号；

TYPE--与所选择的尚未划分网格的线关联的类型号；

KB--对应于模型中的关键点号。所生成的梁单元的横截面按这样定向，梁的Z轴将位于由线的两端点和该关键点定义的平面；

SECID--与SECTYPE命令定义的梁横截面相对应，截面号由SECNUM指定。

7.4 建立截面

有两类梁截面：

一般截面；

自定义截面。

自定义截面可用标准的几何形状和单个材料来描述。自定义截面可由任意几何形状定义，还可以包含若干各向同性材料。

7.4.1 使用梁工具生成通用横截面

SECTYPE、SECDATA和SECOFFSET命令(Main Menu> Preprocessor>-Beam-Common Sectns)，都与GUI上的梁工具(BEAM TOOL)关联。梁工具的样式取决于所选择的梁横截面子形状：

图7-3 梁工具对话框(包括子类型下拉框)

梁工具的顶部，是截面形状号(以及截面名)[SECTYPE]，中部是需要时定义截面偏移的信息[SECOFFSET]，底部是截面几何形状信息[SECDATA]。SECDATA命令定义的尺寸取决于所选子类型。可以单击梁工具下的 Help 按钮获取所选截面的帮助信息。在SECDATA命令描述中，也有对截面形状尺寸的说明。

7.4.2 通过用户定义网格建立自定义截面

如果用户要定义不常用的截面，必须建立用户网格文件。为了建立用户网格文件，首先要建立一个2D实体模型，然后用SECWRITE命令保存(Main Menu>Preprocessor> Sections> -Beam- Write Sec Mesh)。下面讨论这一过程：

1、建立所有的区域(Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-)。

2、把区域重叠(Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Overlap >Areas)，或粘合在一起(Main Menu>Preprocessor>

-Modeling-Operate>-Booleans-Glue>Areas)。

3、保存模型。

4、对所有线设置划分数(Main Menu>Preprocessor> -Meshing-Size Cntrls>-Lines-Picked Lines or use the MeshTool)。

5、选择“Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Write Sec Mesh”，出现拾取框，拾取格子的面。

6、ANSYS 在该面建立格子。在分网期间，ANSYS 可能显示不佳形状的信息，可以忽略这些信息。但是也可能看到“Unable to mesh area....”信息。如果这样，把所有面上的单元清除(Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Clear> Areas)，并重复第4、5步。

7、在“Write Section Library File”对话框中，用一个唯一的文件名保存“.SECT”文件。然后按“OK”。

8、读入用户网格文件(Main Menu>Preprocessor>Sections> -Beam-Custom Sectns> Read Sect Mesh)，计算截面特性。

注意--即使已经设置了 LESIZE, 也将看到这样的信息：“Line element sizes may need to be specified for desired cross-section mesh. Please refer to the LESIZE command.”如果已经设置了线单元的尺寸，按“Close”继续。如果还未设置，则应用 LESIZE 命令及合适的信息。

7.4.3 用网格加密和多种材料建立自定义截面

在进行分析时，用户可能需要加密截面网格。可以定义含多种材料的截面来代表层状、加筋、或传感器。在定义一个多种材料的截面时，需要指定每一个截面格子的材料，也可以取出以前建立的截面来修改。

按如下步骤建立自定义的加密网格或含多种材料的截面：

1、从ANSYS 数据库读入一个常用截面(Main Menu>Preprocessor>Sections> Custom Sectns>Edit/Compsite > Edit Common)，或者从“.SECT”文件读入自定义截面(Main Menu>Preprocessor>Sections> Custom Sectns>Edit/Compsite > Edit Custom)。

2、ANSYS 在图形窗口显示 MESH200 图。

3、对截面网格进行加密(Main Menu>Preprocessor>Sections>Custom Sectns>Edit/ Compsite>Refine Mesh) 。

4、修正格子材料(Main Menu>Preprocessor>Sections> Custom Sectns>Edit/ Compsite> Modify Material)，如果要建立多种材料的截面，先定义材料。这是计算剪切修正系数和材料质心所需要的。

5、用SECWRITE命令(Main Menu>Preprocessor>Sections>Custon Sectns>Edit/ Built-up>Save)，把截面保存为一个“.SECT”文件。

6、读入用户网格文件(Main Menu>Preprocessor>Sections> Custom Sectns>Edit/Compsite > Read Sect Mesh)，计算截面特性以及在分析中应用自定义截面。

注意--如果用户在建立截面后，重新定义材料，必须再用SECTYPE和SECREAD命令重新计算截面。

注意—当截面含多种材料，并且通过 /ESHAPE命令来产生应力等值线(或其他量 )时，应力将通过材料边界平均。为了限制这种行为，在材料边界上采用小的横截面格子。

7.4.4 定义复合截面

复合截面是指最少包含两种材料和用户定义网格的截面。在建立复合截面时，要在执行SECTYPE和SECDATA命令前定义材料。这是计算剪力修正系数、材料质心和剪切中心所需要的。

注意--如果在建立截面后，重新定义材料，必须应用SECDATA命令重新计算截面。

用户可以把复合截面保存为自定义截面。参见§7.4。

7.5 管理横截面和用户网格库

常用截面的数据如 CHAN 和RECT 可以保存在截面库中。为了建立标准的截面以备后用，可以建立一个或多个截面，编辑 Jobname.LOG 文件，并把合适的SECTYPE, SECDATA,和SECOFFSET命令拷贝到扩展名为“.SECT”的各个文件中。这些预定义的截面，以后可用/SECLIB命令(Main Menu>Preprocessor>Sections>Section Library>Import Library)读入模型。

7.6 横向扭转屈曲分析实例(GUI方式)

可以用 BEAM188 和 BEAM189 单元来模拟直梁的弯曲和剪切，也可以模拟梁的横向扭转屈曲。为了建立这一模型，需要建立足够密的梁单元网格。典型地，需要用一系列的梁单元来模拟一根直梁。如图7-4 所示。

图7-4 悬臂梁的横向扭转屈曲

悬臂梁的横向扭转屈曲，用60个 BEAM188 单元模拟(通过/ESHAPE显示)

《ANSYS Structural Analysis Guide》§7 详细叙述了屈曲分析。本例分析悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。

7.6.1 问题描述

一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加载荷。本模型做特征值屈曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生支点失稳(标志为侧向的大位移)的临界载荷。参见图7-5。

7.6.2 问题特性参数

材料特性：杨氏模量=1.0X10e4 psi；泊松比=0.0。几何特性：L=100 in；H=5 in；B=2 in。载荷为：P=1 lb。

7.6.3 草图

图7-5 梁的变形

7.6.4 特征值屈曲和非线性破坏分析

特征值屈曲分析是线性分析，通常仅适用于弹性结构。通常在小于特征值屈曲分析得到的临界载荷之前发生材料屈服。这种分析比完全非线性屈曲分析所需的求解时间要少。

用户还可以用弧长法做非线性载荷-位移研究，这时用弧长法确定临界载荷。对于更一般的情况，需要进行破坏分析。

模型有缺陷时，必须做非线性破坏分析，因为完美模型不会表现出显著的屈曲。可以通过使用特征值分析得到的特征向量，来加入缺陷。求得的特征向量是对实际屈曲模态最接近的预测。添加的缺陷与梁的典型厚度相比，应为小量。缺陷删除了载荷-位移曲线的突变部分。通常情况下，缺陷最大值为梁厚度的1%～10%。UPGEOM命令在前一步分析的基础上添加位移，并把几何形状更新到变形后的形状。

7.6.5 设置分析名称和定义模型的几何实体

1、选择菜单“Utility Menu>File>Change Title”。

2、输入“Lateral Torsional Buckling Analysis”并单击OK。

3、定义关键点。选择“Main Menu>Preprocessor> -Modeling- Create>Keypoints> In Active CS”，输入下表所示的关键点号和坐标：

关键点号

X

坐标

Y坐

标

Z坐标按这个按钮接受

1 0 0 0 Apply

2 1000 0 Apply

.0

3 50 5 0 OK

4、在关键点1和2之间建立直线。选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>Straight Line，出现“Create Straight Line picker”窗口，在图形窗口中拾取关键点1和2，然后按“OK”。

5、保存模型。选择Utility Menu>File>Save As。将文件名存为“buckle.DB”，并单击OK。

7.6.6 定义单元类型和横截面信息

1、选择“Main Menu>Preferences”，单击“Structural”检查框。按“OK”。

2、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”。出现“Element Types”对话框。

3、单击“Add...”。出现“Library of Element Types ”对话框。

4、在左列选择“Structural Beam”。

5、在右列选择“3D finite strain, 3 node 189”以选中 BEAM189。

7、定义梁的矩形截面。选择“Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects”。出现“BeamTool ”对话框。缺省时 ANSYS 将截面号设置为1，将子类型设置为 RECT (在子类型处图示一个矩形)。因为是矩形横截面，在子类型处不需要修改。

8、在“BeamTool”对话框的底部，可以看到横截面形状和尺寸的图示。在B标志的部分输入 0.2 作为横截面的宽度；在 H 标志的部分输入 5.0 作为横截面的高度。按“OK”。

9、通过“BeamTool”对话框显示当前截面特性。按“Preview ”。在图形窗口显示截面图和数据汇总。按“Meshview”查看截面网格。按“Close”。

7.6.7 定义材料特性和定位节点

1、选择“Main Menu>Preprocessor> Material Props>Material Models”。出现“Define Material Model Behavior”对话框。

2、在“Material Models Available”窗口右侧，双击

“Structural->Linear-> Elastic->Isotropic”，出现一个对话框。

3、输入弹性模量 EX=1.0E4。

4、输入 PRXY=0.0，并按“OK”。现在左侧出现“Material Model Number 1”。

5、选择“Material>Exit”。

6、选择“Utility Menu>Plot>Lines”重新画线。

7、选择线，定义线的定向属性。选择“Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define> Picked Lines.”。出现“Line Attributes”拾取框。在图形窗口选择线，然后在“Line Attributes”中按“Apply ”。

8、出现“Line Attributes”对话框。缺省时，ANSYS 将材料特性指向1，将单元类型号指向1，并将截面特性号指向1。按“Pick Orientation Keypoint(s)”边的单选框，使它为“YES”，然后按“OK”。

9、再次出现“Line Attributes”对话框。在 ANSYS 图形窗口输入3，并按回车。最后在对话框中按“OK”。

10、存储模型。选择“Utility Menu>File>Save As”。如还未保存为“buckle.db”，则选择之。如果已经存在“buckle.db”，当 ANSYS 询问是否覆盖时，按“OK”。

7.6.8 对线划分网格并确认梁的定位

1、定义网格尺寸和分段数。选择“Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines”。在“No. of Element Divisions”中输入10，按“OK”。

2、对线划分网格。选择“Main Menu>Preprocessor>MeshTool”。在MeshTool中按“MESH”，出现“Mesh Lines picker”对话框。在图形窗口选择线。然后在对话框中按“OK”。最后在MeshTool中按“Close ”。

3、旋转划分好网格的线。选择“Utility Menu>PlotCtrls>Pan Zoom,Rotate”。出现“Pan,Zoom,Rotate”对话框。选择 ISO 并按“Close”。图形窗口中梁将旋转。

4、确认梁的定位。选择“Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size & Shape”。选择 /ESHAPE旁边的单选按钮使之打开，并按“OK”。

7.6.9 定义边界条件

1、定义固定端的边界条件。选择“Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Keypoints”。出现“Apply U,ROT on KPs”对话框。

2、定义关键点1为固定端。在 ANSYS 输入窗口，输入1并按回车，然后按“OK”。出现“Apply U,ROT on KPs”。

3、选择“All DOF”，然后按“OK”。在 ANSYS 图形窗口将显示关键点1的边界条件。

4、在自由端施加集中力。选择“Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>On Keypoints”。出现“Apply F/M on KPs”对话框。

5、定义关键点2为自由端。在 ANSYS 输入窗口，输入2并按回车，然后在“Apply F/M on KPs”对话框按“OK”。出现“Apply F/M on KPs”对话框。

6、在“Direction of Force/Mom”框中选择“FY”。

7、输入1并按“OK”。在 ANSYS 图形窗口将在关键点2显示集中力标志。

8、存储模型。选择“Utility Menu>File>Save As”。如还未保存为“buckle.db”，则选择之。如果已经存在“buckle.db”，当 ANSYS 询问是否覆盖时，按“OK”。

7.6.10 进行特征值屈曲分析

1、设置分析选项。选择“Main Menu>Solution>Analysis Options”。出现“Static or Steady-State Analysis”对话框。

2、应用sparse求解器求解。在“Static or Steady-State Analysis”对话框中，确定选择“Sparse solver”。

3、包括预应力效应，存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在“Stress stiffness or prestress”下拉框中，选择“Prestress ON”。按“OK”关闭对话框。

4、选择“Main Menu>Solution>-Solve-Current LS”。浏览 /STAT 命令窗口中的内容，然后从菜单选择“Close”。最后在“Solve Current Load Step”中按“OK”，开始求解。

5、当“Solution is Done!”窗口出现时，按“Close”关闭窗口。

6、选择“Main Menu>Finish”。

7、选择“Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis”。

8、选择“Eigen Buckling”选项，然后按“OK”。

9、选择“Main Menu>Solution>Analysis Options”。出现“Eigenvalue Buckling Options”对话框。选择“Block Lanczos”方法。在“No. of modes to extract”框中输入4，然后按“OK”。

10、设置MXPAND命令的单元计算选项。选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts-ExpansionPass>Expand Modes”。

11、在“Expand Modes ”对话框中，在“No. of modes to expand”中输入4，将“Calculate elem results”框由 No 改为 Yes，然后按“OK”。

12、选择“Main Menu>Solution>-Solve-Current LS”。浏览 /STAT 命令窗口中的内容，然后从菜单选择“Close”。最后在“Solve Current Load Step”中按“OK”，开始求解。

13、当“Solution is Done!”窗口出现时，按“Close”关闭窗口。

14、选择“Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size & Shape”。确认在“Display of element shapes... (/ESHAPE )”旁边的单选框为 ON，然后按“OK”。

15、显示求解结果。选择“Main Menu>General Postproc>Results Summary”。当查看结果完毕后，按“Close”关闭窗口。

16、选择“Main Menu>General Postproc>List Results>-Read Results->First Set”。

17、绘出梁的第一个模态。选择“Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape”。出现“Plot Deformed Shape”对话框。选择“Def+undef edge”并按“OK”。

18、选择“Main Menu>Finish”。

7.6.11 作非线性屈曲分析求解

1、引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择“Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Update Geom”。在“Update nodes using results file displacements”对话框中，在“Scaling Factor”框输入 0.002，在“load step”框输入1，在“Substep”框输入1，在“Selection”框输入 file.rst。按“OK”。

2、选择“Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis”。

3、选择“Static”选项，按“OK”。

4、选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts- Output Ctrls>DB/Results File”，并确认选择了“All Items”和“All entities”选项，然后按“OK”。

5、选择“Main Menu>Solution>Analysis Options”。设置“Large deform effects”为 ON。然后按“OK”。

6、设定arc-length方法和终止求解参数。选择“Main Menu>Solution>Load Step Opts>Nonlinear>Arc-Length Opts”。设定“Arc-length方法”为 ON。选择“Lab”后面的下拉框并选择“Displacement lim”。在“Max desired U”中输入1.0。在“Node number for VAL”输入2。选择“Degree of freedom”后面的下拉框并选择“UZ”。然后按“OK”。

7、定义本载荷步的子步数。选择“Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substeps”。输入子步数 10,000，并按“OK”。

8、求解当前模型。选择“Main Menu>Solution>-Solve-Current LS”。浏览 /STAT命令窗口中的内容，然后从菜单中选择“Close”。最后在“Solve Current Load Step”按“OK”开始求解。同时将出现“Nonlinear Solution”对话框，其中有一个“STOP”按钮。还将出现收敛图，可能要几分钟才能完成。

9、可能回出现一个警告信息，用户应该检查其中的内容，但不必关闭它。等到求接完成，出现“Solution is Done!”窗口时，在其中按“Close”关闭窗口。

10、选择“Main Menu>Finish”。

7.6.12 显示和检查结果

1、重画梁网格。选择“Utility Menu>Plot>Elements”。

2、定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择“Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables”。当出现“Defined Time-History Variables”对话框时，按“OK”。

3、当出现“Add Time-History Variable”窗口时，确认“Nodal DOF result”选项选中，然后按“OK”。

4、出现“Define Nodal Data”拾取框。在图形窗口，选择节点2(梁的右端节点)并按“OK”。

5、出现“Define Nodal Data”对话框。确认“Ref number of variable”和“Node number”都设置为2。在“User-specified Label”框中输入 TIPLATDI。选择“Translation UZ”，并按“OK”。

6、定义从结果文件中读出的总支反力。在“Define Time-History Variables”窗口选择“Add”。

7、当“Add Time-History Variable”窗口出现时，选择“Reaction forces”单选按钮，并按“OK”。

8、出现“Define Nodal Data”拾取框。拾取梁的左端节点1，并按“OK”。

9、出现“Define Reaction Force Variable”窗口。确认“Ref number of variable”设为3，“Node number ”设为1。选择“Struct Force FY”，并按“OK”。然后在“”对话框中按“Close”。

10、选择“Main Menu>TimeHist Postpro>Math Operators>Multiply”。在“Multiply Time-History Variables”窗口，在“Reference number for result”中输入4，在“1st Factor”中输入-1.0，在“1st Variable”框中输入3。按“OK”。

11、显示X 变量。选择“Main Menu>TimeHist Postpro>Settings>Graph”。选“Single variable”按钮，在“Single variable no.”中框输入2，并按“OK”。

12、绘出载荷-位移曲线，以确定特征值法计算出的临界载荷。选择“Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables”。在“1st variable to graph”框中输入1。按“OK”。

13、列出变量-时间曲线。选择“Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables”。在“1st variable to list”框中输入2，在“2nd variable”框中输入4。然后按“OK”。

14、在 PRVAR 命令窗口中检验数值，并把它与特征值屈曲分析的结果进行比较。期望的结果为临界屈曲荷载：Pcr=0.01892。关闭 PRVAR 命令窗口。

15、选择菜单“Main Menu>Finish”。

16、在 ANSYS 工具条中按“Quit”。

17、选择一个存储选项，最后按“OK”。

7.7 悬臂梁求解实例(命令流方法)

上一节的例子，可以用命令流方法完成。 /GRAPHICS,POWER

/GST,ON

/SHOW,BUCKLE,GRPH

/PREP7

K,1,0,0,0

K,2,100.0,0,0

K,3,50,5,0

LSTR,1,2

ET,1,BEAM189

SECTYPE,1, BEAM, RECT

SECDATA, 0.2, 5.0

SLIST, 1, 1

MP,EX,1,1E4

MP,NUXY,1,0.0

LSEL,S, , , 1, 1, 1

LATT,1, ,1,0, 3, ,1

LESIZE, all, , ,10

SECNUM,1

LMESH,all

/VIEW,,1,1,1

/ESHAPE,1

EPLOT

DK,1, , , ,0,ALL

FK,2,FY,1.0

FINISH

/SOLU

PSTRES,ON

EQSLV,SPARSE ! EQSLV,SPARSE is the default for static and full transient

SOLVE

FINISH

/SOLU

ANTYPE,BUCKLE

BUCOPT,LANB,4

MXPAND,4,,,YES

SOLVE

FINISH

/POST1

/ESHAPE,1

/VIEW, 1 ,1,1,1

/ANG, 1

SET,LIST

SET,1,1

PLDISP,2

FINISH

/PREP7

UPGEOM,0.002,1,1,file,rst

/SOLU

ANTYPE,STATIC

OUTRES,ALL,ALL

NLGEOM,ON

ARCLEN,ON,25,0.0001

ARCTRM,U,1.0,2,UZ

NSUBST,10000

SOLVE

FINISH

/POST26

NSOL,2,2,U,Z,TIPLATDI

RFORCE,3,1,F,Y

PROD,4,3, , , , , ,-1.0,1,1 XVAR,2

PLVAR,4

PRVAR,2,4

FINISH

ANSYS有限元分析实例

有限元分析 一个厚度为20mm的带孔矩形板受平面内张力，如下图所示。左边固定，右边受载荷p=20N/mm作用，求其变形情况 200 100P 20 一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： ①定义参数 ②创建几何模型 ③划分网格 ④加载数据 ⑤求解 ⑥结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 (1)启动ANSYS软件，选择File→Change Jobname命令，弹出如图所示的[Change Jobname]对话框。

(2)在[Enter new jobname]文本框中输入“plane”，同时把[New log and error files]中的复选框选为Yes，单击确定 (3)选择File→Change Title菜单命令，弹出如图所示的[Change Title]对话框。 (4)在[Enter new title]文本框中输入“2D Plane Stress Bracket”，单击确定。 1.2定义单位 在ANSYS软件操作主界面的输入窗口中输入“/UNIT,SI” 1.3定义单元类型 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出如图所示[Element Types]对话框。 (2)单击[Element Types]对话框中的[Add]按钮，在弹出的如下所示[Library of Element Types]对话框。

(3)选择左边文本框中的[Solid]选项，右边文本框中的[8node 82]选项，单击确定，。 (4)返回[Element Types]对话框，如下所示 (5)单击[Options]按钮，弹出如下所示[PLANE82 element type options]对话框。 (6)在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定。 (7)再次回到[Element Types]对话框，单击[close]按钮结束，单元定义完毕。 1.4定义单元常数 (1)在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令，弹出如下所示[Real Constants]对话框。 (2)单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框，选择[Plane82]单

ansys分析实例

阶梯轴分析步骤及结果 第一步：打开ansys点击File>Clear Database and Start new,选着Read file 点击OK弹出Verify对话框，点击Yes.开始新的分析，

点击File>Change Jobname修改工作文件名，输入zhou， 点击File>Change Title修改文件标题shang ji lian xi。 第二步：ANSYS Main Menu，点击Preferences弹出References for GUI Filtering对话框，选择Structural点击OK. 第三步：ANSYS Main Menu，点击Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete弹出Element Types对话框，点击add按钮，弹出Library of Element Types对话框，选着Solid>Tet

10node 92 点击OK.关闭Element Types对话框 第四步：ANSYS Main Menu，点击Preprocessor>Material Props>Material Models弹出Define Material Nodel Behavior对话框，在Material Models Available栏选择Structural>Linear>Elastic>Isotropic弹出Linear Isotropic Properties for Mater…..对话框，在EX 框输入2E+007点击OK

第五步：ANSYS Main Menu，点击Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Solid Cylinder弹出Solid Cylinder对话框，在Radius输入0.7978，Depth输入10，点击OK生成圆 柱体。 第六步：在菜单栏点击WorkPlane>Offset WP by increments…..弹出Offset WP对话框，平

ansys梁分析实例

习题二 题一： 已知：如下图1.1所示，梁一端固定，自由端受弯矩M=105，截面参数见图1.2，材料弹性模量E=3X107，泊松比μ=0.3。 求：截面上的最大应力和最小应力δmax，δmin？ 解：ansys分析得： 图1.1 图1.2

ELEM STREST2 STREST5 STRESB3 STRESB6 1 -700.00 -700.00 300.00 300.00 MINIMUM VALUES ELEM 1 1 1 1 VALUE -700.00 -700.00 300.00 300.00 MAXIMUM VALUES ELEM 1 1 1 1 VALUE -700.00 -700.00 300.00 300.00 由ansys的分析可得，应力最值分别发生在梁截面的上下部分，且各截面的同一水平高度应力相等。Δmax300，即为拉应力，发生于梁下表面；δmin=-700，为压应力，发生于梁上表面。

题二： 已知：如图2.1所示，梁两端受均布力q=104/12作用，梁的长度及截面尺寸见图2.1和图2.2，截面Iz=7892，A=50.65，材料弹性模量E=3X107，泊松比μ=0.3。 求：（1）梁中点的挠度 （2）截面上的最大应力 图2.1 图2.2 解：ansys分析

（1）NODE UY 1 -0.45616 2 -0.45616 3 0.0000 4 0.18246 5 0.0000 中点即第四节点，故中点的挠度为0.18246（2）梁的弯矩图如下，

可知最大应力发生在梁的中间段。 下面数据为各节点的应力大小， ELEM STRTOP2 STRTOP5 STRBOT3 STRBOT6 1 -0.68592E-11 11404. 0.68592E-11 -11404. 2 11404. 11404. -11404. -11404. 3 11404. 11404. -11404. -11404. 4 11404. -0.68592E-11 -11404. 0.68592E-11 由上面数据可得，最大应力为11404，发生于梁中间段的上表面。如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！

ansys各种结构单元介绍

一、单元分类 MP - ANSYS/Multiphysics DY - ANSYS/LS-Dyna3D FL - ANSYS/Flotran ME - ANSYS/Mechanical PR - ANSYS/Professional PP - ANSYS/PrepPost ST - ANSYS/Structural EM - ANSYS/Emag 3D ED - ANSYS/ED

LINK1 —二维杆单元 单元描述： LINK1单元有着广泛的工程应用，比如：桁架、连杆、弹簧等等。这种二维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动。就象在铰接结构中的表现一样，本单元不承受弯矩。单元的详细特性请参考理论手册。三维杆单元的描述参见LINK8。 下图是本单元的示意图。 PLANE2 —二维6节点三角形结构实体单元 单元描述： PLANE2是与8节点PLANE82单元对应的6节点三角形单元。单元的位移特性是二次曲线，适合于模拟不规则的网格（比如由不同的CAD/CAM系统得到的网格）。 本单元由六个节点定义，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y 方向的平动。本单元可作为平面单元（平面应力或平面应变）或者作为轴对称单元使用。本单元还具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。详细特性请参考理论手册。 下图是本单元的示意图。

BEAM3二维弹性梁单元 BEAM3是一个轴向拉压和弯曲单元，每个节点有3个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动和绕z轴的转动。单元的详细特性请参考理论手册。其它的二维梁单元是塑性梁单元（BEAM23）和变截面非对称梁单元（BEAM54)。 下图是本单元的示意图。 BEAM4三维弹性梁单元 单元描述： BEAM4是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，每个节点有6个自由度：沿节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。本单元具有应力刚化和大变形功能。在大变形（有限转动）分析中允许使用一致切线刚度矩阵选项。本单元的详细特性请参考理论手册。变截面非对称弹性梁单元的描述参见BEAM44，三维塑性梁单元的描述参见BEAM24。

ansys实例分析

实验三：大件运输车 车轴结构有限元分析 一、实验内容：车轴的主要设计条件为两端轴承约束，内套承受45t 的载荷， 其它条件见设计图纸和技术资料。要求给出车轴第四强度当量应力计算结果。 二、实验步骤： 1、新建一个Static Structural项目，右击geometry导入模型 新建材料库进入ＥｎｇｉｎｅｅｒＤａｔａ输入各个材料属性 在网上查找材料性能参数，并输入（未找到XL330的参数，下面的数值为估计值）

(Tensil Ulitimate Strength) 输入上表中的数据 7、双击Geometry进入DM，点击Generate生成几何体，8、点击新建平面命令，新建Plane 4，在Details窗口中Type下拉菜单中选择From Cicle/Ellipse 9、选择如图所示的边作为Base Edge，点击Generate,生成Plane 410、再点击新建平面命令，新建Plane 5，在Details窗口中Type下拉菜单中选择From Plane 11、以Plane4作为Base Plane，在Transform 1下拉菜单中选择Rotate about X，输入90°，点击Generate生成Plane 512、点击Slice命令，选择Base Plane 为Plane 5，选择Targets 为两个内环13、将两个内环分为四段 14、将下面的两个环合为一个Part，按住Ctrl键，选中下面的两个环，右击选择Form New Part

关闭DM，双击Model进入Mechanical为模型添加材料 根据要求，轴头为40Cr，内套为20钢，内环为XL330，箱体板为Q345

第七章 梁分析和横截面形状【ANSYS帮助中文版】

第七章梁分析和横截面形状 梁的概况 梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相比，梁单元可以效率更高的求解。 两种新的有限元应变单元，BEAM188和BEAM189，提供了更强大的非线性分析能力，更出色的截面数据定义功能和可视化特性。参阅ANSYS Elements Reference中关于BEAM188和BEAM189的描述。 何为横截面？ 横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。ANSYS提供了有11种常用截面形状的梁横截面库，并支持用户自定义截面形状。当定义了一个横截面时，ANSYS 建立一个9结点的数值模型来确定梁的截面特性（lyy,lzz等），并求解泊松方程得到弯曲特征。 下图是一个标准的Z横截面，示出了截面的质心和剪切中心以及计算的横 截面特性： 1

图8-1 Z向横截面图 横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。可以用LATT 命令将梁横截面属性赋给线实体。这样，横截面的特性将在用BEAM188或BEAM189对该线划分网格时包含进去。 如何生成横截面 用下列步骤生成横截面： 1．定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。 2．定义截面的几何特性数值。 ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表横截面和操作横截面库的功能：参阅ANSYS Commands Reference可以得到横截面命令的完整集合。 定义截面并与截面号关联 使用SECTYPE命令定义截面。下面的命令将截面号2与定义号的横截面形状（圆柱体）关联： 命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLID SECDATA,5,8 SECNUM,2 GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs 要定义自己的横截面，使用子形状（ANSYS提供的形状集合）MESH。要定义带特殊特性如lyy和lzz的横截面，使用子形状ASEC。 定义横截面的几何特性数值 使用SECDATA命令定义横截面的几何数值。下面的命令将用SECTYPE命令定义的尺寸赋值给横截面。CSOLID形状有两个尺寸：半径和周长上的格栅数目。 命令：SECDATA,4,6 2

梁结构应力分布ANSYS分析

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 先进制造及模具设计制造实验 梁结构应力分布ANSYS分析 学院名称：机械工程学院 专业班级：研1402 学生姓名：XX 学生学号：S1403062

2015年5 月

梁结构应力分布ANSYS分析 （XX，S1403062，江苏大学） 摘要：本文比较典型地介绍了如何用有限元分析工具分析梁结构受到静力时的应力的分布状态。我们遵循对梁结构进行有限元分析的方法，建立了一个完整的有限元分析过程。首先是建立梁结构模型，然后进行网格划分，接着进行约束和加载，最后计算得出结论，输出各种图像供设计时参考。通过本论文，我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。 关键词：梁结构；应力状态；有限元分析；梁结构模型。 Beam structure stress distribution of ANSYS analysis （Dingrui, S1403062, Jiangsu university） Abstract: This article is typically introduced how to use the finite element analysis tool to analyze the stress of beam structure under static state distribution. We follow the beam structure finite element analysis method, established the finite element analysis of a complete process. Is good beam structure model is established first, and then to carry on the grid, then for constraint and load, calculated the final conclusion, the output of images for design reference. In this article, we have the role of the finite element method in modern engineering structural design, use method has a preliminary understanding. Key words: beam structure; Stress state; The finite element analysis; Beam structure model. 1引言 在现代机械工程设计中，梁是运用得比较多的一种结构。梁结构简单，当是受到复杂外力、力矩作用时，可以手动计算应力情况。手动计算虽然方法简单，但计算量大，不容易保证准确性。相比而言，有限元分析方法借助计算机，计算精度高，且能保证准确性。另外，有限元法分析梁结构时，建模简单，施加应力和约束也相

钢筋混凝土梁的ansys分析

摘要 本文介绍ANSYS 模拟钢筋混凝土梁的过程，讨论了有限元模型的建立以及在 ANSYS 中的实现，给出了用分离式配筋方法对混凝土梁的分析的一般过程。并给出了详细的命令流过程。并在此基础上对混凝土梁进行了分析，讨论了在力的作用下混凝土梁的塑形变形和裂缝的发展过程。 关键词 Ansys 混凝土梁 分离式配筋 The analysis of mechanics of a reinforced concrete based on ANSYS Abstract This paper introduces ANSYS simulation of the reinforced concrete beam process, discusses the establishment of the finite element model and the realization, and gives the ANSYS reinforcement method with separate the analysis of concrete beams of the general process. And gives the detailed command flow process. Based on the analysis of concrete beams, and discussed the concrete beam under the action of forces of the body deformation and fracture process. Keywords Ansys concrete beams reinforced separated 1 引言 由于钢筋混凝上材料性质复杂，使其表现出明显的非线性行为[1]。长期以来采用线弹性理论的设计方法来研究钢筋混凝上结构的应力或内力，显然不太合理，尽管有此理论是基于人量试验数据上的经验公式，还是不能准确反映混凝上的力学性能，特别是受力复杂的重要结构，必须采用三维钢筋混凝上非线性有限元方法才能很好地掌握其力学性能。利用ANSYS 对钢筋混凝上结构弹塑性的仿真分析，可以对结构自开始受荷载直到破坏的全过程进行分析，获得不同阶段的受力性能。本文将以混凝土梁的弹塑性分析为例，介绍在Ansys 中分析材料非线性问题的具体实现方法。 2 问题介绍 如图所示的钢筋混凝土梁[2]，横截面尺寸为200400b h mm mm ?=?,梁的跨度为3.0L m =，支座宽度为250mm 采用C20混凝土，梁内受拉纵筋3φ20，架立筋采用2φ12， 箍筋采用φ6@150，钢筋保护层厚度为25mm 。如图一。 图一 对于梁中所采用的所有钢筋，弹性模量为5 2.110MPa ?，抗拉强度设计值210MPa ， 密度33 7.810/kg m ?，泊松比为0.3。

格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/8d6605898.html, 格构梁的ANSYS有限元模拟分析实例运用作者：张少剑刘真 来源：《城市建设理论研究》2013年第10期 摘要:本文通过一工程实例运用ansys模拟计算。针对格构梁的研究，合理地简化模型，取出1.5米宽的土体、梁和面层单元，两边加对称约束，从而达到模拟空间结构梁的目的。本文还模拟了基坑的开挖过程的时空效应，共分七步，土体在自重应力作用下的沉降为第一步，梁与面层的激活、力的施加和土层杀死共分六步。梁的最大受力状态并不发生在最后一步完成后，而是在第六工况。 关键词:格构梁有限元分析模拟分析 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 土体、梁、锚索和混凝土面层共同作用 基坑支护的受力机理是土体的土压力作用在格构梁和混凝土面层上，混凝土面层的力传递到格构梁上，格构梁再把它受到的力传递到和它相连的锚索上，锚索则和被支护土体嵌固为一体，格构梁和混凝土面层除起到承受土压力外，格构梁还起到平均弯矩和变形的作用，喷射混凝土面层则有保护土体表面，防止土体表面非格构梁作用部位坍塌的作用。 2模型简化及技术处理 根据基坑开挖深度，根据实际的土体性质建立土体模型。格构梁的作用是承受弯矩的，可以选用Beam4梁单元，考虑到钢筋混凝土格构梁中有钢筋的作用，其弹性模量、泊松比等设置有所调整。在建模时，如果混凝土面层的长宽与厚度的比都大于5，所以在有限元分析中采用板壳单元可以全面地反映其变形特征和应力分布规律。混凝土面层用Shell63单元模拟，其参数的取值和梁单元相同。 由于格构梁的受力性状，锚索的模拟对格构梁的受力影响较小，本模型忽略考虑锚索的模拟。预应力锚索的作用简化为作用在纵横梁交点处的集中力。 对于格构梁和土体、混凝面层之间的接触，模型采用节点耦合，以实现共同变形和受力。 3.1ANSYS有限元模拟计算 3.1.1模型的参数 1．土体的参数见下表：

ANSYS分析实例

一、问题描述 简支外伸梁（图1），截面尺寸如图所示，E=210GPa ， =0.33，求A 点位移。 1000N 63 0.3 0.4 A 图1 杆系结构图 二、分析与建模 1、定义单元类型 菜单路径 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete ，弹出图2 所示的“Element Types ”对话框。 图2 “Element Types ”对话框 单击【Add 】，在弹出的“ Library of Element Types ”对话框中选择，Beam 大类的3D 2 node 188类型的单元，即Beam188。 图3 “Library of Element Types ”对话框

2、定义实常数 菜单路径Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete，弹出图4所示的“Real Constants”对话框。单击【Add】按钮，在“Element Type for Real Constants”对话框中选择单元类型中的Beam188单元，单击【OK】。 说明Beam188为已经定义实常数的单元，这里不用设臵。 图4 “Real Constants”对话框图5 “Element Type for Real Constants”对话框3、定义材料属性 菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models，弹出图6所示的“Define Material Model Behavior”对话框。 按照Structural>Linear>Elastic>Isotropic的顺序在上述对话框的右侧进行选择,在弹出的“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框中设臵，令EX=210e9，PRXY=0.33。 图6 “Define Material Model Behavior”对话框

Ansys梁分析实例

工程介绍： 某露天大型玻璃平面舞台的钢结构如图1所示，每个分格（图2中每个最小的矩形即为一个分格）x方向尺寸为1m，y方向尺寸为1m；分格的列数（x向分格）=8，分格的行数（y向分格）=5。 钢结构的主梁（图1中黄色标记单元）为高140宽120厚14的方钢管，其空间摆放形式如图3所示；次梁（图1中紫色标记单元）为直径60厚10的圆钢管（单位为毫米），材料均为碳素结构钢Q235；该结构固定支撑点位于左右两端主梁和最中间（如不是正处于X方向正中间，偏X坐标小处布置）的次梁的两端，如图2中标记为 U R处。主梁和次梁之间是固接的。 xyz xyz 玻璃采用四点支撑与钢结构连接（采用四点支撑表明垂直作用于玻璃平面的面载荷将传递作用于玻璃所在钢结构分格四周的节点处，表现为点载荷；试对在垂直于玻璃平面方向的42 KN m的面载荷（包括玻璃自重、钢结构自重、活载 / 荷（人员与演出器械载荷）、风载荷等）作用下的舞台进行有限元分析。（每分格面载荷对于每一支撑点的载荷可等效于1KN的点载荷）。 作业提交的内容至少应包括下面几项： （1）屏幕截图显示该结构的平面布置结构，图形中应反映所使用软件的部分界面，如图2； （2）该结构每个支座的支座反力； （3）该结构节点的最大位移及其所在位置； （4）对该结构中最危险单元（杆件）进行强度校核。 图1

图2 图3 本操作中选用的单位为：（N，mm，MPa）。具体操作及分析求解： 1．更该工作文件和标题。如图1.1-1.5所示

图1.1 图1.2

图1.3 图1.4 图1.5

图1.6 2.选择单元类型。 根据题目要求，选择单元类型为beam-3D-2node-188单元。 执行Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add ，选择beam-3D-2node-188。如图2.1所示。 图2.1 3．定义材料属性 该钢结构材料为碳素结构钢Q235，则将弹性模量设置为200GPa，泊松比设置为0.3。执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic，在EX框中输入2.05e，在PRXY框中输入0.3。操作步骤为如图3.1；3.2所示。

ANSYS_Beam188单元应用

Beam188/189单元基于Timoshenko梁理论（一阶剪切变形理论：横向剪切应变在横截面上是常数，也就是说，变形后的横截面保持平面不发生扭曲）而开发的，并考虑了剪切变形的影响，适合于分析从细长到中等粗细的梁结构。该单元提供了无约束和有约束的横截面的翘曲选项。 Beam188是一种3D线性、二次或三次的2节点梁单元。Beam189是一种3D二次3节点梁单元。每个节点有六个或者七个自由度，包括x、y、z 方向的平动自由度和绕x、y、z 轴的转动自由度，还有一个可选择的翘曲自由度。该单元非常适合线性、大角度转动或大应变非线性问题。 beam188的应力刚化选项在任何大挠度分析中都是缺省打开的，从而可以分析弯曲、横向及扭转稳定问题(进行特征值屈曲分析或（采用弧长法或非线性稳定法）破坏研究)。 Beam188/beam189单元支持弹性、塑性，蠕变及其他非线性材料模型。这种单元还可以采用多种材料组成的截面。该单元还支持横向剪力和横向剪应变的弹性关系，但不能使用高阶理论证明剪应力的分布变化。下图是单元几何示意图：该单元的几何形状、节点位置、坐标体系和压力方向如图所示，beam188 由整体坐标系的节点i 和j 定义。 对于Beam188梁单元，当采用默认的KEYOPT(3)=0，则采用线性的形函数，沿着长度用了一个积分点，因此，单元求解量沿长度保持不变；当KEYOPT(3)=2，该单元就生成一个内插节点，并采用二次形函数,沿长度用了两个积分点，单元求解量沿长度线性变化；当KEYOPT(3)=3，该单元就生成两个内节点，并采用三次形函数,沿长度用了三个积分点，单元求解量沿长度二次变化； 当在下面情况下需要考虑高阶单元内插时，推荐二次和三次选项： 1）变截面的单元； 2）单元内存在非均布荷载（包含梯形荷载）时，三次形函数选项比二次选项提供更好的结果。（对于局部的分布荷载和非节点集中荷载情况，只有三次选项有效）； 3）单元可能承受高度不均匀变形时。（比如土木工程结构中的个别框架构件用单个单元模拟时） Beam188单元的二次和三次选项有两个限制： 1）虽然单元采用高阶内插，但是beam188的初始几何按直线处理； 2）因为内节点是不可影响的，所以在这些节点上不允许有边界（或荷载或初始）条件。

ANSYS瞬态分析实例

例题：一根钢梁支撑着集中质量并承受一个动态载荷（如图1所示）。钢梁长为L，支撑着一个集中质量M。这根梁承受着一个上升时间为t1的值为F1 的动态载荷F（t）。梁的质量可以忽略，确定产生最大位移响应时的时间t max 和响应y max。 图1 钢梁支撑集中质量的几何模型 材料特性：弹性模量为2e5MPa，质量为M＝0.0215t，质量阻尼为8； 几何尺寸为：L＝450mm，I＝800.6mm4，h＝18mm； 载荷为：F1＝20N，t1＝0.075s GUI操作方式： 1．定义单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现一个对话框，单击“Add”，又出现一个对话框，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Beam”，在右面的列表栏中选择“2D elastic 3”，单击“Apply”，在对话框左面的列表栏中选择“Structural Mass”，在右边选择“3D mass 21”，单击“OK”，在单击“Options”，弹出对话框，设置K3为“2-D W/O rot iner”，单击“OK”，再单击“Close”。 2．设置实常数：Main Menu>Preprocessor>Real Constants> Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，又弹出对话框，选择“Type1 BEAM3”，单击“OK”，

又弹出对话框，输入AREA为1，IZZ＝800.6，HEIGHT＝18，单击“OK”，在单击“Add”，选择Type 2 MASS21，单击“OK”，设置MASS为0.0215，单击“OK”，再单击“Close”。 3．定义材料属性：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Modls，出现对话框，在“Material Models Available”下面的对话框中，双击打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”，又出现一个对话框，输入弹性模量EX＝2e5，泊松比PRXY＝0，单击“OK”，单击“Materal>Exit”。 4．建立模型： 1）创建节点：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS，在弹出对话框中，依次输入节点的编号1，节点坐标x＝0，y ＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号2，节点坐标x＝450/2，y＝0，然后单击“Apply”，输入节点编号3，节点坐标x＝450，y＝0。单击“OK”。2）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点1和2，2和3，单击“OK”。 3）指定单元实常数：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements> Elem Attributes，弹出对话框，设置TYPE为2，REAL为2，单击“OK”。4）创建单元：依次单击Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements >Auto Numbered>Thru Nodes，弹出拾取框，拾取节点2，单击“OK”。5．定义分析类型：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，弹出对话框，选择Trasiernt，单击“OK”，又弹出对话框，选择Reduced，单击“OK”。6．设置分析选项：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出对话框，单击“OK”。

ansys梁单元

当一个结构构件的一个方向尺寸远远大于另外两个方向的尺寸时，3D构件就可以理想化为1D构件以提高计算效率。这样的单元有两类：以承受轴向拉压作用为主的杆单元，和承受弯曲作用为主的梁单元。 ANSYS提供的单元类型中共有9种梁单元，分别为BEAM3, BEAM4, BEAM23, BEAM24, BEAM44, BEAM54, BEAM161, BEAM188, BEAM189。在结构分析中常用的是BEAM4和BEAM188或BEAM189这三中梁单元。 BEAM4单元 1.BEAM4单元是一种具有拉压弯扭能力的3D弹性单元。每节点6个自由度。 2.BEAM4单元的定义包括：几何位置的确定，单元坐标系的确定，截面特性 的输入。 BEAM4单元包含两个节点(i，j)或三个节点(i，j，k)，k为单元的方向节点；单元的截面特性用实常数(REAL)给出，主要包括截面(area)，两个 方向的截面惯性矩(IZZ)和(IYY)，两个方向的厚度(TKY和TKZ)，相对单元坐标系x轴的方向角(THETA)，扭转惯性矩(IXX)。其中惯性矩，厚度，方向角都是在单元坐标系下给出的。 3.BEAM4单元坐标系的方向确定如下：单元坐标系X轴由节点i，j连线方 向确定由i指向 j；对于两节点确定的BEAM4单元，若方向角theta=0，则单元坐标系y轴默认平行于整体坐标系的x-y平面；若单元坐标系x 轴与整体坐标系z轴平行，则单元坐标系y轴默认平行整体坐标系的y 轴，z轴由右手法则判定；若用户希望自己来控制单元绕单元坐标系x轴的转动角，则可以通过方向角theta或第三个节点k来实现，i，j，k 确定一个平面，单元坐标系的Z轴就在该平面内。 可以用下列命令查看单元坐标系及截面： /ESHAPE, 1 /PSYMB, ESYS 说明：在指定网格划分属性时，可将某一关键点作为方向点属性赋予所需划分的线，这样就生成包含3个节点的梁单元。(具体见后面) 4.单元压力荷载(pressure)的施加比较特殊。只能用SFBEAM命令来实现， 通过其他方式施加荷载都是无效的，其中LKEY为荷载方向号。 5.beam4单元应力输出：包括轴向正应力，弯曲应力，两者的合应力。 命令：PRESOL，ELEM GUI：LIST RESULT〉ELEM SOLUT〉LINEELEM RESULT

ANSYS_APDL命令流悬臂梁分析教程

ANSYS APDL命令流悬臂梁分析教程 本文通过分析悬臂梁介绍了ANSYS APDL相关命令流方法。 考虑悬臂梁如图2-2，求x=L变形量。已知条件：杨氏系数E=200E9;截面参数：t=0.01m, w=0.03m, A=3E-4,I=2.5E-9;几何参数：L=4m, a=2m, b=2m;边界外力F=2N,q=0.05N/m. 使用ANSYS解决该问题的命令如下： /FILNAM,EX2-1? ! 定义文件名 /TITLE,CANTILEVER BEAM DEFLECTION? !定义分析的标题 /UNITS,SI !定义单位制(注意观察输出窗口的单位) /PREP7 !进入前置处理 ET,1,3? !定义元素类型为beam3 MP,EX,1,200E9 ! 定义杨氏模量 R,1,3E-4,2.5E-9,0.01 !定义实常数(要严格根据该元素类型的说明文档所给出的实常数格式) N,1,0,0!定义第1号节点X坐标为0，Y坐标为0 N,2,1,0!定义第2号节点X坐标为1，Y坐标为0 N,3,2,0 !定义第3号节点X坐标为2，Y坐标为0 N,4,3,0 !定义第4号节点X坐标为3，Y坐标为0 N,5,4,0!定义第5号节点X坐标为4，Y坐标为0 E,1,2!把1、2号节点相连构成单元，系统将自定义为1号单元 E,2,3!把2、3号节点相连构成单元，系统将自定义为2号单元 E,3,4!把3、4号节点相连构成单元，系统将自定义为3号单元 E,4,5!把4、5号节点相连构成单元，系统将自定义为4号单元 FINISH? !退出该处理层 /SOLU!进入求解处理器 D,1,ALL,0 !对1节点施加约束使它X，Y向位移都为0

ansys桁架和梁的有限元分析

桁架和梁的有限元分析 第一节基本知识 一、桁架和粱的有限元分析概要 1．桁架杆系的有限元分析概要 桁架杆系系统的有限元分析问题是工程中晕常见的结构形式之一，常用在建筑的屋顶、机械的机架及各类空间网架结构等多种场合。 桁架结构的特点是，所有杆件仅承受轴向力，所有载荷集中作用于节点上。由于桁架结构具有自然离散的特点，因此可以将其每一根杆件视为一个单元，各杆件之间的交点视为一个节点。 2．梁的有限元分析概要 梁的有限元分析问题也是是工程中最常见的结构形式之一，常用在建筑、机械、汽车、工程机械、冶金等多种场合。 梁结构的特点是，梁的横截面均一致，可承受轴向、切向、弯矩等载荷。根据梁的特点，等截面的梁在进行有限元分析时，需要定义梁的截面形状和尺寸，用创建的直线代替梁，在划分网格结束后，可以显示其实际形状。 二、桁架和梁的常用单元 桁架和梁常用的单元类型和用途见表7-1。 通过对桁架和粱进行有限元分析，可得到其在各个方向的位移、应力并可得到应力、位移动画等结果。 第128页

第二节桁架的有限元分析实例案例1--2D桁架的有限元分析 问题 人字形屋架的几何尺寸如图7—1所示。杆件截面尺寸为0．01m^2，试进行静力分析，对人字形屋架进行静力分析，给出变形图和各点的位移及轴向力、轴力图。 条件 人字形屋架两端固定，弹性模量为2．0x10^11N/m^2，泊松比为0．3。 解题过程 制定分析方案。材料为弹性材料，结构静力分析，属21)桁架的静力分析问题，选用Link1单元。建立坐标系及各节点定义如图7-1所示，边界条件为1点和5点固定，6、7、8点各受1000N的力作用。 1．ANSYS分析开始准备工作 (1)清空数据库并开始一个新的分析选取Utility Menu>File>Clear&Start New，弹出Clears database and Start New对话框，单击OK按钮，弹出Verify对话框，单击OK按钮完成清空数据库。 (2)指定新的工作文件名指定工作文件名。选取Utility Menu>File>Change Jobname，弹出Change Jobname对话框，在Enter New Jobname项输入工作文件名，本例中输入的工作文件名为“2D-spar”，单击OK按钮完成工作文件名的定义。 (3)指定新的标题指定分析标题。选取Ufility Menu>File>Change Title，弹出ChangeTitle对话框，在Enter New Tifie项输入标题名，本例中输入“2D-spar problem'’为标题名，然后单击OK按钮完成分析标题的定义。 (4)重新刷新图形窗9 选取Utility Menu>Plot>Replot，定义的信息显示在图形窗口中。 (5)定义结构分析运行主菜单Main Menu>Preferences，出现偏好设置对话框，赋值分析模块为Structure结构分析，单击OK按钮完成分析类型的定义。 2．定义单元类型 运行主菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add／Edit／Delete命令，弹出Element Types对话框，单击Add按钮新建单元类型，弹出Library of Element Types对话框，先选择

ANSYS梁单元的选择

ANSYS中有七八种梁单元，它们的特点和适用范围各不相同。了解这些单元之间的异同，有助于正确选择单元类型和得到较为理想的计算结果。 梁是一种几何上一维而空间上二维或三维的单元，主要用于模拟一个方向长度大于其它两方向的结构形式。也就是说，主要指那些细长、像柱子一样的结构，只要横截面的尺寸小于长度尺寸，就可以选用梁单元来模拟（这在一定意义上和壳单元在一个方向上比另外两个方向都薄原理相似）。通常来讲，横截面尺寸需要小于长度的1/20或1/30，这里的长度是指两支撑点间的物理意义上的距离。梁单元本身可以进行任意的网格划分，且不支配梁理论的适用性；反过来，就像刚才提到的那样，物理尺寸和特性将决定选择哪种单元更为合适。 有两种基本的梁单元理论：铁木辛格（剪切变形）理论和欧拉-伯努力理论。ANSYS 中的如下单元是基于欧拉-伯努力梁理论： 1.2D/3D elastic BEAM3/4 2.2D plastic BEAM23 3.2D/3D offset tapered,unsymmetric BEAM54/44 4.3D thin-walled,plastic BEAM24 欧拉-伯努力梁理论建立在如下假定的基础上： 1.单元形函数为Hermitian多项式，挠度是三次函数； 2.弯矩可以线性改变； 3.不考虑横截面剪切变形； 4.扭转时截面不发生翘曲； 5.只具有线性材料能力（部分单元BEAM23/24具有有限的非线性材料能力）； 6.非常有限的前后处理能力（除了BEAM44）。 ANSYS中有两种梁单元（BEAM188和BEAM189）是基于铁木辛格（剪切变形）理论，这种梁理论主要建立在如下假定基础上： 1.单元形函数为拉格朗日插值多项式，具有线性或二次的位移函数； 2.横向剪应力沿厚度方向为常数（一阶剪切变形梁单元）； 3.可以模拟自由或约束扭转效应； 4.支持丰富的模型特性（塑性和蠕变）； 5.强大的前生处理能力。 使用中需要注意： （1）铁木辛格（剪切变形）理论是基于一阶剪切变形理论的，它不能准确地求解短粗梁，因此，ANSYS在帮助里指出该类型梁的适用范围是：GAl2/EI>30，对于那些高跨比较大的梁应选用实体单元求解； （2）ANSYS中2结点的铁木辛格（剪切变形）单元BEAM188对网格密度的依赖性较强，选用时单根构件单元数应不小于5或不小于3，并且打开KEYOPT(3)，否则误差会较大。

ansys实例命令流-实体梁分析命令流

/FILNAME,SolidBeam ,1 !定义工作文件名。/TITLE,SolidBeam Analysis !定义工作标题。/PREP7 ET,1,SOLID95 !定义材料属性。 MPTEMP,,,,,,,, !定义材料属性。MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,2.06e5 MPDATA,PRXY,1,,0.3 !建立几何模型 K,1,,,, K,2,450,,, K,3,450,-55,, K,4,,-100,, FLST,2,4,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,4 A,P51X VOFFST,1,45, , !网格划分。 FLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,9 FITEM,5,-12 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1, , ,3, , , , ,1 !* FLST,5,4,4,ORDE,4

FITEM,5,2 FITEM,5,4 FITEM,5,6 FITEM,5,8 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1, , ,6, , , , ,1 !* FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,1 FITEM,5,3 FITEM,5,5 FITEM,5,7 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,,_Y LESIZE,_Y1, , ,30, , , , ,1 !* CM,_Y,VOLU VSEL, , , , 1 CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU' CMSEL,S,_Y !* VSWEEP,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !加载。