第七章 ansys梁单元分析和横截面形状
ANSYS高级分析技术指南：7第七章 梁分析和横截面形状
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：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,CSOLIDSECDATA,5,8SECNUM,2GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common SectsMain 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。
最新ansys_变截面梁汇总
a n s y s_变截面梁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：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)。
梁ansys分析实例讲解
在ANSYS显示窗口选择编号为1的关键点，定义 位移（自由度）
选择Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force/Moment→On KP
在ANSYS显示窗口选择编号为2的关键点，定义 载荷FY=-8000 FX=5000
Solution→Current LS(Load Step)
Preprocessor→Meshing→Mesh→Lines 拾取L1， 划分网格结束！
File→Save as (存盘)。
5.加载求解：
选择Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,在New Analysis中 选择Static（静态）
→Add→Real Constants for BEAM 3 Area（截面积）：0.006655 TZZ（惯性力矩）：0.00019 HEIGHT（高度）：0.32
3.定义材料性能参数
Preprocessor→Material Props（材料性 能）→Material Model(材料模型)
Active CS(coordinate system)
输入关键点（KP）序号（number）及坐 标（X，Y,Z）
1（0，0，0）
2（1，0，0）
PlotCtrls（显示控制）→Numbering（编号 显示） 选中KP和LINE，使其状态Off变为 On。
Preprocessor→Modeling→Creat→Lines→ lines→In Active CS
挠度与荷载大小、构件截面尺寸以及构件 的材料物理性能有关。
求解步骤
1.定义工作文件名和工作标题（英文 only） File→Change Jobname File→Change Title
梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]
![梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]](https://img.taocdn.com/s3/m/ba2491b227d3240c8547ef2c.png)
4.2 梁单元静力学分析当结构长度对横截面的比率超过10:1，沿长度方向的应力为主要分析对象，且横截面始终保持不变时，即应用梁单元。
梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，如建筑桁架、桥梁、螺栓等。
在WB中默认为铁摩辛柯（Timoshenko）梁单元，即Beam188和Beam189，可计算弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。
其中Beam188采用线性多项式作为形函数，Beam189采用二次多项式作为形函数，当WB的Mesh设置中Mesh-Element Midside Nodes为Dropped 时，即为Beam188；Mesh-Element Midside Nodes为Kept时，即为Beam189。
有限元对单元特性的描述包括单元形状、节点数目、自由度和形函数。
表4-2-1为Beam 单元的对比。
在WB中默认设置为二次单元。
一般来说，线性单元需要更多的网格数才能达到二次单元的精度。
选用二次单元可提高计算精度，这是因为二次单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且二次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。
但高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，计算内存消耗也多，因此，在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
表4-2-1 Beam单元对比4.2.1 梁模型有限元计算用ProE建立一桁架模型，导入WB进行分析计算。
（1）ProE建模。
在草绘界面绘制一边长为30mm、40mm、50mm的三角形，然后选择投影命令将草绘图形投影到基准面上，另存为x_t文件（其他3D软件操作方法类似）。
（2）导入模型。
如图4-2-1所示，在Import设置中，Operation设为Add Frozen，Line Bodies 设为Yes。
– 65 –– 66 – 图4-2-1 Import ProE模型文件设置（3）梁截面赋值，并定义截面方向，最后用Form New Part将三根梁合并为一个部件，如图4-2-2所示。
AnsysWorkbench工程实例之——梁单元静力学分析
AnsysWorkbench工程实例之——梁单元静力学分析本文可能是您能在网络上搜索到的关于Ansys Workbench梁单元介绍最详细全面的文章之一。
梁单元常用于简化长宽比超过10的梁与杆模型，比如建筑桁架、桥梁、螺栓、杠杆等。
Workbench中的梁单元有Beam188（默认）与Beam189两种，Beam188无中节点，Beam189有中节点。
在全局网格设置下，梁单元的中节点设置Element MIdside Nodes默认为dropped(无中节点），即默认使用Beam188单元，如果改为kept(有中节点)，则将改变为Beam189单元。
类型单元形状中节点自由度形函数Beam188 3D梁无 6 线性Beam189 3D梁有 6 二次Beam188Beam1891 梁单元分析概要1.1 建模与模型导入线框模型可在DM中创建，也可导入stp/igs等模型。
以下分别介绍通过DM创建与通过CAD软件创建导入过程。
1.1.1 梁线体的创建方法1，简单的线体模型可以在DM中创建，一般在XY平面绘制草图或点，再通过Concept——Lines From Sketches、Lines From Points或3D Curve等创建。
区别在于Lines From Sketches是提取草图所有的线条，如果线条是相连接的，提取的结果为一个线几何体。
Lines From Points或3D Curve用于将草图的点（可以是草图线条的端点）连接成为线体，结合Add Frozen选项，可以创建多个线几何体。
操作3次后多个线条可以通过From New Part功能组合为一个几何体，组合后两条线共节点，相当于焊接在一起。
选中后右击方法2，通过CAD软件创建后导入。
如果读者使用的是creo建模，可在草图中创建点，退出草图后选择基准——曲线——通过点的曲线。
操作3次后输出时需要注意，可另存为stp或igs格式，在输出对话框中必须勾选基准曲线和点选项。
【ANSYS培训】单元库及常用单元、材料库、高级有限元模型技术
梁网格划分
• 在单元绘图中显示横截面形状, 激活显示单元形状:
– Utility Menu > PlotCtrls > Style > Size and Shape… – 或使用命令 /ESHAPE,1
ANSYS TRAINING
梁网格划分
• 网格划分完成后,接着施加荷载并求解
ANSYS TRAINING
ANSYS TRAINING
• 建筑框架
练习
ANSYS TRAINING
壳的高级使用
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壳用于薄面板或曲面的模型，壳分析 应用的基本原则是每块面板的主尺寸不低 于其厚度的10倍。
ANSYS TRAINING
壳的使用
薄壳 (Love/Kirchhoff)
– 假设最初垂直于壳的中面的横截面 在加载过程中保持平直并垂直于中 性轴，该假设不包括剪切变形。
• 对非线性分析，不同的壳单元在面内和面外有不同的积分 点数。例如, 具有 URI 的SHELL181 在面内有1个积分点 ，在厚度方向上有5 个。特定单元的详细说明可参阅理论 手册第14 章。注意SHELL181 在厚度上可以有用户定义 的积分点。
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SHELL181
• SHELL181 属于 18x 系列单元，由于其丰富的特 点，对非线性应用建议选择该单元。
梁属性
• “自定义”横截面形状步骤: 建立面 指定线分割数 保存截面 编辑截面（若需要，如定义复合材料截面等） 读入截面(使用时)
举例：有圆孔的方形梁 截面上的不同材料
ANSYS TRAINING
梁属性
材料属性 • 线性和非线性材料属性均可 • 所有梁的属性定义好以后，下一步是对几何模型进
举例分析ANSYS中梁截面的自定义方法
举例分析ANSYS中梁截面的自定义方法ANSYS中自定义梁截面分析的一个例子2007-11-07 11:33:11| 分类：ANSYS学习|举报|字号订阅关于梁分析的一个例子。
首先是建立截面形式。
为了后面调试中清楚地看到方向关键点的影响，所以截面采用矩形截面。
调试的结果表明：截面的关键点是确定中性轴围绕梁纵轴转动的定位（或者说，无论怎么取方向关键点，截面的法线永远与梁的纵轴线平行，）如果大家为了测试这一点，可以采用与梁纵轴线垂直的面内的若干个关键点实验一下。
如果两个关键点造成截面取向不同，则梁沿纵轴发生扭曲。
前一个方向关键点控制的是梁的起点的方向，后一个则是终点。
而梁的起点则是你在定义梁轴线时候，位于前面的那个关键点。
在本程序中，也就是关键点5。
如果你把其改成l,6,5，则你会发现梁的扭曲方向变化了！finish/clear,nostart/prep7et,1,82 !注意划分截面单元需要用PLANE82单元。
此处千万别用梁单元mp,prxy,1,1/3 !定义泊桑比mp,ex,1,2.07e11 !定义弹性模量k,1,0,0k,2,400,0k,3,400,40k,4,0,40a,1,2,3,4!lsel,all!lesize,all,0,,4!smrtsize,5!其实上面这三条命令这样划分网格也可以，但是没有下面的方法好。
下面更好控制网格质量。
asel,all !选择所有的面esize,,5 !确定划分网格的大小，每边划成5份。
如果你愿意，也可以改变网格数量。
amesh,all !给截面划分网格secwrite,jm2,sect,,1 !将截面命名为jm2.sect写入当前工作目录中去。
!下面开始建立梁中轴线。
注意截面保存后，生成的关键点、面、线等都已经不存在，所以即使不重新开始，!编号也是重新开始。
但是我还是重新开始，清空了内存数据。
finish/clear,nostart/prep7et,1,188 !定义梁单元，该单元必须是支持采用自定义截面的单元类型。
（整理）ansys简支梁分析.
（整理）ansys简支梁分析.图b所示的矩形截面的简支梁，受到竖直向下的2q 均布载荷作用。
100mKN图b 梁受力情况及截面尺寸表1 梁的几何参数及材料参数（三）研究方法及模型的建立（包括单元的选取，边界条件的简化等）。
1.梁单元⑴建模：由于对称性，取梁的右半部分为研究对象。
①选择梁单元，设置材料常数定义梁的横截面面积、惯性矩及截面高度。
②建立2个关键点：1（0，0，0）；2（8，0，0）。
③生成直线：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Lines>Lines>Stright Line，依次连接关键点，点击ok即可。
④划分单元：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，选择直线，将梁划分为80份；ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Shape>Mech>pickall，完成划分。
⑤施加约束：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes，选取对称轴上的节点，施加x方向的约束；选取右下角的节点施加y方向约束。
⑥施加载荷：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Pressure>On Beams>Pick All，V ALI Pressure Value at I输入100000，V ALJ Pressure Value at J输入100000，即施加了均布载荷。
建好的模型如图1.1所示。
ansys杆、梁和管单元讲解
ansys杆、梁和管单元讲解（1）杆单元，适用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和薄膜桁架等，常用的杆单元有LINK8/LINK11/LINK180.LINK180：三维杆单元，根据各种情况可以看作桁架单元、索单元、链杆单元或弹簧单元等，本单元是一个轴向拉伸---压缩单元，每个节点有三个自由度：节点坐标系的X、Y、Z方向的平动。
本单元是一种顶端铰链结构，不考虑单元弯曲。
本单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形和大应变功能。
当考虑大变形时（NLGEOM，ON）任何分析中LINK180单元都包括应力刚化选项。
本单元支持弹性、各向同性强化塑性、随动强化塑性、Hill各向异性强化、Chaboche 非线性强化塑性和蠕变。
LINK10与之类似仅压缩或仅拉伸。
输入参数：节点：I,J 自由度：UX、UY、UZ 实常数：AREA为面积，ADDMAS质量，TENSKEY 拉压选项，0为可以受拉压，1为只受拉，-1为只受压。
材料属性：EX，（PRXY或NUXY），ALPX（CTEX或THSX），DENS，GXY，ALPD，BETD 面载荷：无体载荷：温度T(I)、T（J）特殊属性：单元生死、初始状态、大挠度、大应变、线性扰动、非线性稳定、塑性、应力刚化、用户自定义材料、粘弹性、粘弹性/蠕变、（2）梁单元，用于螺栓（杆）、薄壁管件，C形截面构建，角钢或狭长薄膜构建（只有膜应力和弯应力）梁单元有弹性梁、塑性梁、渐变不对称梁、薄壁梁等，此处介绍BEAM188BEAM188：三维线性有限应变梁单元，适用于分析从细长到中等短粗的梁结构，基于铁木辛哥梁结构理论，考虑了剪切变形的影响。
BEAM188是三维线性（2节点）或者二次梁单元。
每个节点有6或者7个自由度，自由度的个数取决与KEYOPT(1)=0（默认）,每个节点有6个自由度，即节点坐标系的X,Y,Z方向的平动和绕X,Y,Z轴的转动，当KEYOPT(1)=1时，7个自由度，引入横截面的翘曲。
ANSYS关于简支梁的模型分析ppt课件
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操作步骤： ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window) （此操作可以看到模型的变形状态） →Contour Plot →Nodal Solu →Stress → von Mises stress→OK （此操作可以看到模型的等效应力云图）
此处操作的目的就是在模型的左端施加一个位移约束， 限制模型在该节点的X,Y,Z和绕X轴方向的位移
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最右端节点加约束
操作步骤： ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Nodes →pick the node at (10,0) → OK → select UY,UZ,ROTX → OK
即在梁单元上施加一个100000Pa的均布载荷，注意单 位的换算；如果施加的是一个集中力载荷就要在力矩 的选项中施加，注意力的方向
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操作步骤： ANSYS Main Menu: Solution →Solve →Current LS →OK(to close the solve Current Load Step window) →OK
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操作步骤： ANSYS Main Menu: Preprocessor →Meshing →Mesh Attributes →Picked lines →OK →选择: SECT:1 （根据所计算的梁的截面选择编号）；Pick Orientation Keypoint(s):YES→拾取：3#特征点(5,1) →OK→Mesh Tool →Size Controls) lines: Set →Pick All(in Picking Menu) →input NDIV:5 →OK (back to Mesh Tool window) → Mesh →Pick All (in Picking Menu) → Close (the Mesh Tool windo课件.
梁ansys分析实例讲解课件
ansys软件操作流程
定义弹性模量、泊松比、密度等材料属性 建立几何体
在Model模块中选择“Model”选项卡
ansys软件操作流程
• 创建梁的几何体，输入梁的截面尺寸等信息
ansys软件操作流程
网格划分 在Model模块中选择“Mesh”选项卡 设置网格大小、网格类型等参数
定义约束和载荷
在简支梁的两个端点上定义约束和 载荷。
边界条件与载荷施加
固定约束
在简支梁的两个端点施加固定约 束，以模拟简支边界条件。
均布载荷
在简支梁的跨中施加均布载荷， 以模拟简支梁受到的集中力。
网格划分与求解
网格划分
对简支梁进行网格划分，可以选 择合适的网格密度以提高求解精
度。
求解设置
在“Solution”菜单下进行求解 设置，包括迭代次数、收敛准则
减少模型规模：减小 模型的规模，降低内 存需求；
如何设置ANSYS软 件中的单位制？
升级硬件：增加物理 内存或使用更好的计 算机配置。
a型时， 选择合适的单位制，如米制或英
制；
在模型树中选择模型名称，进入 Model模块，在Model模块中选 择“Model”选项卡，在弹出的 对话框中选择“Units”选项卡
求解设置
进行求解设置，包括迭代次数、收敛标准等。
求解过程
进行求解，得到桥梁结构的应力分布、位移分布等结果。
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ansys软件操作流程及常见问题 解答
ansys软件操作流程
建立模型 启动ANSYS软件，选择Workbench模式
创建新的模型文件，命名并保存
ansys软件操作流程
ansys梁的受力分析
在整个体的范围内划分网格。
方便对比，考虑将集中力都加载在端点中心处的情况。 如图
CUST
网格划分效果图
Element Type Beam Shell Solid
Umax[mm] 0.20000 0.20061 0.19898
CUST
2.在板壳和实体模型中，加载不同的节点上的情况。
3.实体模型上拉下压的 情况：
CUST
梁承受均布载荷：1.0e5 Pa
10m
w1=0.1，w2=0.1，w3=0.2, t1=0.0114 ，t2=0.0114，t3=0.007 弹性模量为2.2e11Pa,泊松比为0.3
CUST
• 最左端节点加约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Nodes →pick the node at (0,0) → OK → select UX, UY,UZ,ROTX → OK • 最右端节点加约束 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Nodes →pick the node at (10,0) → OK → select UY,UZ,ROTX → OK • 施加y方向的载荷 ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure → On Beams →Pick All →VALI:100000 → OK
CUST
1.分析问题。
分析该物理模型可知，截面边长/梁长度=0.1是一个较小的
ANSYS杆单元,梁单元简介
ANSYS中提供的杆单元简介LINK1 二维杆单元，应用于平面桁架，杆件，弹簧等结构，承受轴向的拉力和压力，不考虑弯矩，每个节点具有X和Y位移方向的两个自由度，单元不能承受弯矩，只用于铰链结构应力沿单元均匀分布。
具体应用时存在如下假设和限制：1．杆件假设为均质直杆，在其端点受轴向载荷。
2．杆长应大于0，即节点i,j不能重合3．杆件必须位于x-y平面且横截面积要大于04．温度沿杆长方向线性变化5．位移函数的设置使得杆件内部的应力为均匀分布6．初始应变也参与应力刚度矩阵的计算LINK8 三维杆单元，应用于空间桁架，是 LINK2的三维情况，用来模拟桁架，缆索，连杆，弹簧等，这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有三个自由度，即沿节点坐标系x，y，z，方向的平动，就像在铰链结构中表现的一样，本单元不承受弯矩。
本单元具有塑性，蠕变，膨胀、应力刚化、大变形和大应变等功能。
具体应用时存在如下假设和限制：1.杆单元假定为直杆，轴向载荷作用在末端，自杆的一端至另一端均为统一属性2.杆长应大于0，即节点i,j不能重合3.横截面积要大于04.温度沿杆长方向线性变化5.位移函数暗含着在杆上有相同的应力6.即便是对于第一次累计迭代，初始应变也被用来计算应力刚度矩阵LINK10 三维仅受压或仅受拉杆单元，应用于悬索，它具有独一无二的双线性刚度矩阵特性，使用只受拉选项时，如果单元受压，刚度就消失，以此来模拟缆索的松弛或是链条的松弛，这一特性对于整个钢缆用一个单元来模拟的钢缆静力问题非常有用，当需要松弛单元的性能，而不关心松弛单元的运动时，他也可用于动力分析（带有惯性和阻尼效应）。
如果分析的目的是研究单元的运动（没有松弛单元），那那么应该使用类似于LINK10的不能松弛的单元，如LINK8或PIPE59。
对于最终收敛结果是紧绷状态的结构，如果迭代过程中可能出现松弛状态，那么这种静力收敛问题也不能使用LINK10单元。
而使用其他单元。
ansys梁单元的使用
梁单元和杆单元都是具有2节点的单元， 2D梁单元每个节点有三个自由度，两个平动 自由度和一个转动自由度，而2D杆单元只有 两个平动自由度；3D梁单元每个节点有六个 自由度，三个平动自由度和三个转动自由度， 而3D杆单元只有两三平动自由度，这就涉及 到两种不同单元之间的耦合问题。例如在钢 结构中会经常遇到组合桁架结构，如图1和图 2所示一钢板筒仓的仓顶有限元模型。图3是 其细部构造。
梁单元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）。一般来说，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；也就是 说，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：Timoshenko （剪切变形）理论和Euler—Bernoulli两种 理论。其中Euler—Bernoulli梁理论即经典 梁理论(也称工程梁理论)。其中BEAM3、 BEAM23、BEAM54、BEAM4、BEAM24、 BEAM44是基于Euler—Bernoulli梁理论， BEAM188、BEAM189是基于Timoshenko 梁理论。欧拉-伯努力梁理论建立在如下假定 的基础上：
在建筑结构中最常用的简化单元有三种， 分别是：梁单元、杆单元和板壳单元。其中梁 单元是用有限元法进行梁柱分析时最常用的单 元，目前各种流行的大型有限元软件基于不同 的力学模型，针对不同的问题提供了多种梁单 元。那么分析具体问题时如何进行选择？选择 的依据是什么？选用不同的单元对分析结果会 带来多大的影响？这些问题直接影响到分析结 果的有效性和准确，因而需对梁单元的力学模 型和如何使用进行探讨。
ANSYS中梁单元的截面和方向问题
梁的截面和方向问题
自定义梁的截面形状如图
建立梁的模型如下：
全局显示梁的显示为：
由此可以看出，默认情况下梁规定的正方向为Z轴的正向！
关于2D/3D梁的说明:
1、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beam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；
2、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；
3、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。
ANSYS单元讲解(全)
把收集到得ANSYS单元类型向大家交流下。
Mass21是由6个自由度的点元素，x,y,z三个方向的线位移以及绕x,y,z轴的旋转位移。
每个自由度的质量和惯性矩分别定义。
Link1可用于各种工程应用中。
根据应用的不用，可以把此元素看成桁架，连杆，弹簧，等。
这个2维杆元素是一个单轴拉压元素，在每个节点都有两个自由度。
X,y,方向。
铰接，没有弯矩。
Link8可用于不同工程中的杆。
可用作模拟构架，下垂电缆，连杆，弹簧等。
3维杆元素是单轴拉压元素。
每个点有3个自由度。
X,y,z方向。
作为铰接结构，没有弯矩。
具有塑性，徐变，膨胀，应力强化和大变形的特性。
Link10 3维杆元素，具有双线性劲度矩阵的特性，单向轴拉（或压）元素。
对于单向轴拉，如果元素变成受压，则硬度就消失了。
此特性可用于静力钢缆中，当整个钢缆模拟成一个元素时。
当需要静力元素能力但静力元素又不是初始输入时，也可用于动力分析中。
该元素是shell41的线形式，keyopt(1)=2,’cloth’选项。
如果分析的目的是为了研究元素的运动，（没有静定元素），可用与其相似但不能松弛的元素（如link8和pipe59）代替。
当最终的结构是一个拉紧的结构的时候，Link10也不能用作静定集中分析中。
但是由于最终局于一点的结果松弛条件也是有可能的。
在这种情况下，要用其他的元素或在link10中使用‘显示动力’技术。
Link10每个节点有3个自由度，x,y,z方向。
在拉（或压）中都没有抗弯能力，但是可以通过在每个link10元素上叠加一个小面积的量元素来实现。
具有应力强化和大变形能力。
Link11用于模拟水压圆筒以及其他经受大旋转的结构。
此元素为单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。
X,y,z方向。
没有弯扭荷载。
Link180可用于不同的工程中。
可用来模拟构架，连杆，弹簧，等。
此3维杆元素是单轴拉压元素，每个节点有3个自由度。
X,y,z方向。
作为胶接结构，不考虑弯矩。
Ansys梁的关键点方向和横截面方向问题
梁单元的如何定义方向关键点问：
我使用beam189单元建模，要确定梁的放置方向，但是不知道怎么定义方向关键点，即不会确定单元坐标系z轴的方向，请求高手指点答：
例如：
先定义两个点：
k,1,0,0,0k,2,100,0,0定义第三个点为方向点：
k,1000,0,100,0定义直线：
l,1,2在mesh直线时，把方向点加上就行了latt,1,1,1, ,1000, ,1在梁单元内，截面和梁单元的单元坐标系的关系如图，适用于中所有的梁单元Ansys如图所示，单元坐标系的z轴指向梁的高度方向，用LATT对梁进行属性分配时，LATT,MAT,REAL,TYPE,--,KB,KE,SECNUM其中KB为该梁的单元坐标系的z方向。
如上图所示的梁截面，均以竖直向上为单元坐标系的z方向。
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ANSYS梁单元
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7. 指定“beam”梁截面，剖分其余网格。 – 选择实体: • 按截面 ID号， Min, Max = 1,4选择线。 • 从全部中选择, 按 [Apply],按 [Invert],按 [Plot] – 网格工具: • 单元特性: [Lines]: 按 [Set] – [Pick All] – 设置MAT = 1, TYPE = 1, SECT = 3, Pick Orientation keypoints = Yes, 按 [OK] – 键入定位关键点号103，按 Enter 键 ,然后按 [OK] • 网格尺寸控制: Lines: 按 [Set] – [Pick All] – 在对话框中设定NDIV = 6, 然后按 [OK] • 按 [Mesh] – [Pick All]
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4. 指定“column”梁截面，剖分垂直线网格。 – Utility Menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian – Utility Menu > Select > Entities... • 按z坐标Min=0， Max =119 ，选择线。 • 从全部中选择, 按[Apply], 按 [Replot] – Main Menu > Preprocessor > MeshTool … • 单元特性: 设置为 [Lines]，并按 [Set]。 – 拾取[Pick All] – MAT = 1, TYPE = 1, SECT = 1, Pick Orientation keypoints = Yes,按 [OK] – 键入定位关键点号102，按 Enter 键 ,然后按[OK] • 网格尺寸控制 : Lines， 按 [Set] – [Pick All] – 在对话框中设定NDIV = 4, 然后按 [OK] • 剖分网格: 设置为[Lines]，然后按[Mesh] – [Pick All] – Utility Menu > PlotCtrls > Style > Size and Shape ... • /ESHAPE = ON • [OK]
ANSYS 单元类型的详细介绍
ANSYS 单元类型的详细介绍ansys-单元类型的详细介绍ansys中单元类型介绍和单元的选择原则ansys中单元类型的挑选初学ansys的人，通常会被ansys所提供的众多纷繁复杂的单元类型弄花了眼，如何选择正确的单元类型，也是新手学习时很头疼的问题。
单元类型的挑选，跟你必须化解的问题本身密切相关。
在挑选单元类型前，首先你必须对问题本身存有非常明晰的重新认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点存有多少个自由度，它涵盖哪些特性，能在哪些条件下采用，在ansys的协助文档中都存有非常详尽的叙述，必须融合自己的问题，对照协助文档里面的单元叙述去挑选恰当的单元类型。
1.该选杆单元（link）还是梁单元(beam)？这个比较难认知。
杆单元就可以忍受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元无法忍受弯矩，这就是杆单元的基本特点。
梁单元则既可以承受拉，压，还可以承受弯矩。
如果你的结构中要承受弯矩，肯定不能选杆单元。
对于梁单元，常用的存有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别是：1)beam3就是2d的梁单元，就可以化解2维的问题。
2)beam4就是3d的梁单元，可以化解3维的空间梁问题。
3)beam188就是3d梁单元，可以根据须要自定义梁的横截面形状。
2.对于薄壁结构，就是挑选实体单元还是壳单元？对于薄壁结构，最好是选用shell单元，shell单元可以减少计算量，如果你非要用实体单元，也是可以的，但是这样计算量就大大增加了。
而且，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。
实际工程中常用的shell单元存有shell63,shell93。
shell63就是四节点的shell 单元(可以发育为三角形)，shell93就是拎中间节点的四边形shell单元(可以发育为三角形),shell93单元由于具有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，排序量可以减小。
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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PRSSOLMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>SectionSolutionUtilityMenu>List>Results>SectionSolution打印梁截面结果(BEAM44不支持)SECTYP EMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh用SEID关联截面子类型SECDAT AMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectns定义截面几何数据SECOFF SETMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh定义梁截面的截面偏离SECCON TROLSMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-Add/Edit覆盖程序计算的属性值SECNUMMainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribsMainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>ElemAttributes识别关联到一个单元的SECIDSECPLO TMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-PlotSection按比例显示梁截面的几何形状SECWRI TEMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-WriteSecMesh建立一个包含用户网格自定义截面的ASCII文件/SECLI BMainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>LibraryPath设置SECREAD缺省截面库路径SECREA DMainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>ImportLibraryMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh读入用户定义的截面库、网格、自定义截面SLISTMainMenu>Preprocessor>Sections>L istSectionsUtilityMenu>List>Properties>SectionPropertiesUtilityMenu>List>Properties>SpecifiedSectionProperties汇总截面特性SDELET EMainMenu>Preprocessor>Sections>DeleteSection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,CSOLIDGUI: 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, 8SECNUM, 2GUI：Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common SectnsMain Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs7.3.2.1 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,,SECIDGUI: 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)。