ansys中的Beam188單元中文說明

1、BEAM188中文說明 BEAM188  3-D 線性有限應(yīng)變梁 （基于Ansys 5.61的help）MP ME ST PR PP ED元素描述BEAM188 適用于分析細長的梁。 元素是基于Timoshenko 梁理論的。 具有扭切變形效果。BEAM188 是一個二節(jié)點的三維線性梁。 BEAM188 在每個節(jié)點上有6或7個自由度，（自由度）數(shù)目的變化是由KEYOPT(1)來控制的。當 KEYOPT(1) = 0時 (默認), 每節(jié)點有6個自由度。 分別是沿x,y,z的位移及繞其的轉(zhuǎn)動。 當 KEYOPT(1) = 1時,會添加第七個自由度 (翹曲量) 。此元素能很好的應(yīng)

2、用于線性（分析），大偏轉(zhuǎn)，大應(yīng)力的非線性（分析）。BEAM188包含應(yīng)力剛度，在默認情況下，在某些分析中由 NLGEOM來打開。 在進行彎曲（ flexural）,側(cè)向彎曲（ lateral）, 和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性（ torsional stability）分析時，應(yīng)力剛度應(yīng)該是被打開的。 BEAM188 能夠采用SECTYPE, SECDATA, SECOFFSET, SECWRITE,和 SECREAD來定義任何截面（形狀）。. 彈性（elasticity）,蠕變（ creep）,和塑性（ plasticity） 模型都是允許的 (不考慮次截面形狀)。圖1. BEAM188 3-D 線性有限應(yīng)變

3、梁輸入數(shù)據(jù)（元素的）幾何形狀，節(jié)點為止，即元素坐標系圖示于 BEAM188。BEAM188在模型坐標系中是由節(jié)點 I 和節(jié)點 J 來定義的。節(jié)點 K 是必需的元素方向點定義。 有關(guān)方向點的相關(guān)信息詳見 Generating a Beam Mesh With Orientation Nodes 在 ANSYS Modeling and Meshing Guide中。于 LMESH 和 LATT命令說明中可見節(jié)點 K 的自動定義的詳細說明。在空間中這是一個沒有量綱的元素。截面形狀是用SECTYPE 和 SECDATA 命令 (詳見 ANSYS Commands Reference )來獨立定宓摹懇

4、桓黿孛嫘巫淳囟桓?ID 號(SECNUM)。 截面號是特定的元素屬性。推薦精選梁元素是基于 Timoshenko 梁理論的，這是一個一階切應(yīng)變理論：橫向切應(yīng)變在截面中是常量；也就是說截面在變形后仍是平面。 BEAM188是一階 Timoshenko 梁元素，它用一個點在長度上來（代替截面）。 應(yīng)此當在節(jié)點 I  和 J 上使用SMISC參數(shù)的話會顯示每個端點節(jié)點的形心。  BEAM188 能被用于細長（slender）或粗壯（ stout？）的梁。因為一階切應(yīng)變理論的限制，自有適當厚度的梁能被分析。 梁結(jié)構(gòu)上的細長比 (GAL2/(EI) 能夠用來判斷是否采用此元素：G切變

5、模數(shù)A截面面積L構(gòu)件長度EI彎曲剛度在整體（偏移）距離而不是單個元素的情況下記錄這個比值是重要的。 懸臂梁受向下的負載 提供了懸臂梁在受向下的負載的情況下橫向切應(yīng)變的一個估評。 雖然這個結(jié)果不能外推到所有的情況， 但可以作為一個指導(dǎo)。 我們推薦細長比應(yīng)大于30 。圖 2. 懸臂梁受向下的負載細長比 (GAL2/(EI)>30)Timoshenko/ Euler-Bernoulli251.120501.0601001.03010001.003元素能提供一個橫向剪切力與橫向切應(yīng)變的彈性關(guān)系。你可以用實常量來定義橫向剪切剛度。 扭轉(zhuǎn)變形的St. Venant 翹曲決定了一個綜合狀態(tài)，

6、它可以使（材料）在屈服后的切應(yīng)力變得平均。 ANSYS 不提供對橫截面或可能出現(xiàn)塑性屈服的橫截面上的扭切分布情況的換算。應(yīng)此因扭轉(zhuǎn)負載而引起的大的非彈性的變形應(yīng)當進行討論，（ansys）也會檢查并給處警告。在這種情況下推薦用實體或殼模型來代替。在默認情況下BEAM188 元素假設(shè)橫截面上的彎曲很小可以被忽略(KEYOPT(1) = 0)。 你可以使用KEYOPT(1) = 1來打開彎曲度的自由度。 如果此自由度被打開那每個節(jié)點會有7個自由度： UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, 和 WARP。BEAM188 允許用一個軸向延伸率的函數(shù)來改變橫截面的轉(zhuǎn)動慣量。 默認情況下

7、元素橫截面的面積可以改變，但元素的體積在變形前后是相同的。此默認同樣適用于elasto-plastic 情況。 使用 KEYOPT(2), 你能使橫截面面積為一個常量或保持不變。推薦精選元素的輸出在元素的積分位置和橫截面的積分點上都是有效的。梁在長度方向的積分點（高斯點）如（圖） 積分位置  所示。Figure 3. 3-D 線性有限應(yīng)變梁元素的積分位置截面的應(yīng)力與力（包含彎矩）都是在積分點上獲得的。 元素基本點的輸出會外推到元素的節(jié)點。BEAM188 的一些剖面關(guān)聯(lián)量(面積的積分，位置，泊松比函數(shù)，函數(shù)的導(dǎo)數(shù)等等) ，在使用 SECTYPE 和 SECDATA命令定義截面時會自動分

8、配到一個序列號。 每一個截面區(qū)域預(yù)定為由9個節(jié)點組成。 相交區(qū)域模型 舉例說明矩形塊和槽形塊的模型情況。 每個單元有4個積分點。Figure 4. BEAM188 相交區(qū)域模型推薦精選BEAM188 提供剖面積分點和節(jié)點的結(jié)果輸出。但你僅能查看邊界上的輸出。 (PRSSOL 打印 BEAM188 剖面節(jié)點和積分點的解。 應(yīng)力和應(yīng)變是在節(jié)點上的，塑性應(yīng)力，塑性功，潛變應(yīng)變則是在積分點上。)當元素的材料具有非線性狀態(tài)或有通過剖面的溫度時，計算是在積分點上進行的。在大量通用彈性應(yīng)用中，元素采用剖面積分點的pre-calculated 特性。應(yīng)此，應(yīng)力與應(yīng)變的輸出均是經(jīng)過了積分點的計算的。如果截面分配

9、了次截面 ASEC, 那么只有一般性的應(yīng)力與應(yīng)變 (軸向力, 彎矩, 切向應(yīng)變, （彎曲）曲率, 和切應(yīng)力)能夠輸出。 3-D 的輪廓圖和變形顯示圖是不可用的。 ASEC 次截面只能被作為一個薄矩形塊來顯示驗證梁的方向。質(zhì)量矩陣與負載向量的相容性的評估，相對于使用的剛度矩陣來說是一個高階積分。元素提供包含相容性與集中的質(zhì)量初矩陣。 使 LUMPM,ON 可以讓質(zhì)量矩陣（質(zhì)量）集中。 （系統(tǒng)）默認使用相容性矩陣。 單位長度的質(zhì)量可以用 ADDMAS 作為實常量來輸入。詳見 輸入概述。力是相加在節(jié)點上的(定義在元素主方向)。 如果形心軸不與元素主方向重合，那么附加的軸向力會引起彎曲。 （同樣）如果

10、形心和扭轉(zhuǎn)中心不重合的話，扭轉(zhuǎn)力也會引起扭轉(zhuǎn)變形和扭矩。 應(yīng)次節(jié)點的定位應(yīng)當與力的中心向重合。使用 SECOFFSET 命令可以適當?shù)母淖僌FFSETY和 OFFSETZ  的幅角。默認情況下 ANSYS 用形心來定義元素的主軸。在 節(jié)點和元素負載中有元素負載的描述。壓力是作為一種面負載來作用在元素表面上的，（元素的面可見）圖BEAM188.中帶圈文字的顯示。正向壓力一壓力（常規(guī)形式）輸入。側(cè)向壓力以單位長度上的力來輸入。 尾端壓力以力（的形式）輸入。BEAM188 與ansys中的其他基于埃爾米特多項式（Hermitian polynomial）的元素(f比如說BEAM4).不同，

11、它是基于線性多項式（linear polynomials）的。因此分布式（周延式）負載的偏移在說明中是不允許的。此外不支持非節(jié)點上的集中力。（必須加的話）推薦用加細元素的方法。 BEAM188 計算的準確性與收斂性與元素的細化程度相關(guān)。溫度作為一種體負載可以加在每個端點節(jié)點的三個方向上。 在端點上，加在元素主方向（x-axis）上的溫度是 (T(0,0)， y 方向上為(T(1,0),  z 方向上為 (T(0,1).。第一個溫度坐標T(0,0) 默認為 TUNIF。綣齠辶說諞桓鑫露齲敲雌淥木銜諞桓觥?如果僅在節(jié)點 I 上輸入溫度，那節(jié)點 J 默認對應(yīng)于節(jié)點 I 。其他的輸入形式如果

12、未定以均默認為 TUNIF。KEYOPT(10) = 1 用于從用戶子程序中讀入初始應(yīng)力數(shù)據(jù)。用戶子程序的詳細敘述請見 ANSYS Guide to User Programmable Features 。輸入概述中給出了元素輸入的一個概括說明。BEAM188 輸入概述Element NameBEAM188NodesI, J, KDegrees of FreedomUX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ if KEYOPT(1) = 0UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, WARP if KEYOPT(1) = 1Real Constants(Blank

13、), TYZ1, TXZ1, ADDMASMaterial PropertiesEX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ, or NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ, DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP推薦精選Surface LoadsPressure - face 1 (I-J) (-z normal direction),face 2 (I-J) (-y normal direction),face 3 (I-J) (+x tangential direction),face 4 (I) (+x ax

14、ial direction),face 5 (J) (-x direction).反方向請用負值。Body LoadsTemperatures - T(0,0), T(1,0), T(0,1) at each end nodeSpecial Features塑性，潛變，應(yīng)力強化，大變形，大應(yīng)力，初始應(yīng)力輸入（Plasticity, Creep, Stress stiffening, Large deflection, Large strain, Initial stress import）。 提供如下的TB 命令項：BISO, MISO, NLISO, BKIN, MKIN

15、, KINH, CHABOCHE, and CREEP. 詳見 ANSYS Theory Reference  。KEYOPT(1)0 - 默認; 六 DOF, 無彎曲1 - 七 DOF (包括彎曲)KEYOPT(2)0 - 默認; 截面隨軸向變長的函數(shù)而變化，但須 NLGEOM,ON 。1 - 截面尺寸假定為常量 (經(jīng)典梁理論)KEYOPT(5)0 - 默認; 對稱的壓載荷剛度1 - 非對稱的壓載荷剛度2 - 忽略壓載荷剛度Note 

16、- 只有在 OUTPR,ESOL 激活時KEYOPT(6) 才能通過KEYOPT(9)激活。當 KEYOPTs 6, 7, 8, 和 9 都被激活時， 元素輸出中的應(yīng)力是一個總的應(yīng)變。 "總" 意味著同時包含了熱應(yīng)變。如果元素的材料定義是定義的塑性材料，那么可以包含塑性應(yīng)變和塑性功。 可以在 /POST1  中用PRSSOL顯示。KEYOPT(6)元素積分點輸出控制0 - 默認; 輸出截面力，截面應(yīng)變，彎矩1 - 與 KEYOPT(6) = 0 相同，增加截面面積2 - 與 KEYOPT(6)

17、= 1 相同，增加元素基本方向（x,y,z）3 - 輸出截面向單元節(jié)點外推的 力/力矩，應(yīng)變/曲率KEYOPT(7)截面積分點輸出控制(在截面壓尺寸= ASEC時無效)0 - 默認；沒有輸出1 - （輸出）最大最小應(yīng)力/應(yīng)變2 - 與KEYOPT(7) = 1 相同，增加每個截面節(jié)點的應(yīng)力應(yīng)變輸出KEYOPT(8)截面節(jié)點輸出控制(在截面壓尺寸= ASEC時無效)0 - 默認；沒有輸出1 - （輸出）最大最小應(yīng)力/應(yīng)變2 - 與KEYOPT(8) = 1

18、相同，增加沿截面外邊界的應(yīng)力應(yīng)變輸出推薦精選3 - 與KEYOPT(8) = 1 相同，增加每個截面節(jié)點的應(yīng)力應(yīng)變KEYOPT(9)元素節(jié)點和截面節(jié)點的外推值的輸出控制(在截面壓尺寸= ASEC時無效)0 - 默認；沒有輸出1 - （輸出）最大最小應(yīng)力/應(yīng)變2 - 與 KEYOPT(9) = 1 相同，增加沿截面外邊界的應(yīng)力應(yīng)變輸出3 - 與KEYOPT(9) = 1  相同，增加每個截面節(jié)點的應(yīng)力應(yīng)變KEYOPT(10)0 - 沒有用戶子程序來提供初始應(yīng)力（默認）

19、1 - 用USTRESS 從用戶子程序中讀取初始應(yīng)力(詳見 ANSYS Guide to User Programmable Features 關(guān)于用戶子程序的章節(jié)).1. 切向應(yīng)變剛度 輸出數(shù)據(jù)單元解的輸出有兩種：· 節(jié)點位移解包含于節(jié)點解中。 · 元素附加解請見 元素輸出定義 多數(shù)情況下，我們推薦 KEYOPT(8) = 2 和 KEYOPT(9) = 2。 詳見 ANSYS Basic Analysis Guide f 。要在結(jié)構(gòu)靜態(tài)或瞬態(tài)分析中觀察 BEAM188 的3-D不變形的形狀,可以用 OUTRES,MISC 或 OUTRES,ALL 。

20、 要在屈曲分析中觀察3D模型，必須進行模態(tài)擴展(Elcalc = YES on MXPAND) 。元素輸出表格中所用的符號：冒號（：）表示可以由ETABLE, ESOL的形式獲取。 O 列表是存在于 Jobname.OUT中。  R 列表示存在于結(jié)果文件中。在 O 或 R 列中, Y 表示該項肯定有, 數(shù)字則表示注釋條件下獲得， " - " 表示不存在此項。表 1. BEAM188 元素輸出描述NameDefinitionORELElement numberYYNODESElement connectivityYYMATMaterial numberYYVOLUV

21、olumeYYXC, YC, ZCLocation where results are reportedY AREAArea of cross section1YSFSection forces1YSESection strains1YSSection point stresses2YESection point strains2Y1. 見 KEYOPT(6)的描述 推薦精選2. 見 KEYOPT(7), KEYOPT(8), KEYOPT(9)的描述 3. 自由當形心用 *GET 獲取 使用 ETABLE 和 ESOL 命令的項目和順序號(KEYOPT(9) = 0) 列出了輸出通

22、過 ETABLE 命令采用順序號獲取的方法。在 The General Postprocessor (POST1) 于 ANSYS Basic Analysis Guide 和 The "Item and Sequence Number" Table 中有詳細介紹。下面是 使用 ETABLE 和 ESOL 命令的項目和順序號(KEYOPT(9) = 0)的說明：Name定義于 元素輸出定義中Item ETABLE 命令中的項目名稱E獲取單值的元素解的順序號I,J獲取節(jié)點解的順序號ILn獲取中間位置 n 的解的順序號 表 2. BEAM188 使用 ETABLE和

23、ESOL 命令的項目和順序號NameItemIJAxial ForceSMISC114Bending Moment MySMISC215Bending Moment MzSMISC316Torque MxSMISC417Shear Force in XZ PlaneSMISC518Shear Force in XY PlaneSMISC619Axial StrainSMISC720Curvature KyySMISC821Curvature KzzSMISC922Torsion curvature KxxSMISC1023Transverse Shear Stain (XZ)SMISC1124

24、Transverse Shear Strain (XY)SMISC1225Area of Cross SectionSMISC1326BimomentSMISC2729BicurvatureSMISC2830假定與限值梁長度不能為零。截面劃分不能多于250個。 This restriction is applicable to the standard library sections that allow user specification of section model size, and for the MESH section subtype. By default (KEYOPT

25、(1) = 0), the effect of warping restraint is assumed to be negligible. Cross section failure or folding is not accounted for.It is a common practice in civil engineering to model the frame members of a typical multi-storied structure using a single element for each member. Because of cubic interpolation of lateral displacement, BEAM4 and BEAM44 are well-suited for such an approach. However, if BEAM188 is used in that type of application, be sure to use several elements for each frame member. BEAM188 includes the effects of transverse shear.推薦精選This element works best with th