基于ANSYS的截面几何特性参数计算方法_王瑶
基于ANSYS的截面几何特性参数计算方法_王瑶
149
2013 年
第 13 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○高校讲坛○
科技信息
（a ） 截 面 几 何 图 形 ( 单 位 :cm)
（b ） 截 面 矩 形 节 段 图
图4
图3 表2
节段 节段点
截面几何图形 （ 截面厚度 ：20mm ， 肋厚度 ：8mm ， 图中尺寸单位均为 ：mm ） 表4 复杂薄壁截面截面几何特性的
221.158 96100000 X -12.712 Y 76.78 X Y X
224.4
●
【 参考文献 】
［1 ］ 石琴 ， 陈朝阳 . 任意形状 薄 壁 截 面 的 几 何 特 性 参 数 的 计 算 [J]. 机 械 工 程 学 报 ，
Y 74.46
-11.63
2.2
复杂薄壁截面 薄壁构件由于加劲 肋 的 存 在 ， 断 面 形 式 越 来 越 复 杂 ， 从 而 增 加 了 截面特性的计算难度 ， 尤其是抗扭常数的计算 。 本文以复杂薄壁截面 为例 。 截面如图 4 所示 ， 计算结果如表 4 所示 。
AUTOCAD 626740.1122 IYY 8.23e12 Y -569.008 6.06e11 1.08e18 X 6020 Y -687.644 X Y IXX 1.9198e11 X 6020.1225 IYY 8.2308e12 Y -569.0078
节段数据表
Y 坐标 0 -30 -9.5 -9.5 0 -70 -69.5 -69.5 -55 -69 Z 坐标 1 1 2 58.5 59.25 59.25 30 58.5 31 31
278 IXX 100730
ANSYS中查看截面结果的方法
ANSYS中查看截面结果的方法一般情况下，对计算结果后处理时，显示得到的云图为结构的外表面信息。
有时候，需要查看结构内部的某些截面云图，这就需要通过各种后处理技巧来获得截面的结果云图。
另外，有时候需要获得截面的结果数据，也需要用到后处理的技巧。
下面对常用的查看截面结果的方法做一个介绍：1.通过工作平面切片查看截面云图工作平面实现。
这是比较常用的一种方法。
首先确保已经求解了问题，并得到了求解结果。
调整工作平面到需要观察的截面，可通过移动或者旋转工作平面实现。
调整时注意保证工作平面与需要观察的截面平行。
在PlotCtrls菜单中设置观察类型为Section，切片平面为Working Plane。
也可以通过等效的/type以及/cplane命令设置。
在通用后处理器中显示云图，得到需要查看的云图。
更简单地说，我们只需在显示云图命令前加上下面两条命令就可以了：/CPLANE,1 ! 指定截面为WP/TYPE,1,5 ! 结果显示方式选项2.通过定义截面查看截面云图这种方法也需要用到工作平面与切片。
步骤如下：首先确保已经得到了求解结果。
调整工作平面到需要观察的截面。
在PlotCtrls菜单中设置观察类型为Working Plane，或者使用命令/cplane,1。
通过sucr命令定义截面，选择（cplane）。
通过sumap命令定义需要查看的物理量。
通过supl命令显示结果。
3.通过定义路径查看云图与保存数据首先确保已经得到了求解结果。
通过path与ppath命令定义截面路径。
通过pdef命令映射路径。
通过plpath、prpath与plpagm命令显示及输出结果。
总结：第一种方法是较简单、较常用的方式。
通过这种操作方式，我们也可以更直观地理解工作平面的含义。
以前看书上介绍工作平面总是无法理解到底什么是工作平面，工作平面有什么用途。
第二中方法实质上和第一种方法是一样的，只不过截面是我们自定义的一个平面，不是通过移动、旋转工作平面来实现“切片”的。
使用ANSYS计算截面特性
使用ANSYS计算截面特性ANSYS提供了定义梁截面的两种方式：普通截面和用户自定义截面。
工字形、箱形、T 形等12种截面属于普通截面，存储在ANSYS参数截面库中；除此之外，均属于用户自定义截面。
ANSYS将截面视为多区格的有限元模型，迭代求解几何特性。
ANSYS求解截面特性的步骤为：(1) 创建截面的几何模型。
描述截面几何形状的面域可以在ANSYS中通过点一线一面的方式直接生成；也可以由外部文件导人。
一般通过AUTO CAD来建立几何模型。
在AUTO CAD 中可将面域分别绘制在不同的图层上，赋予不同的颜色，通过图层开关和颜色等方式进行区分和编辑。
有限元分析中，控制网格尺寸和密度对结果的分析有重要影响。
在AUTOCAD中，先绘出截面的内外框线，可以用Pedit命令将多段线连成一条多义线(Polyline)，然后用region命令围成面域，也可以导人ANSYS后再形成面(AREA)。
(2) 将AUTOCAD中建立的面域另存为Sat文件，然后在ANSYS中用File—Import—sat 方式导人。
这种转换方式较方便，模型不会失真变形。
(3) 用Sections--->Beam--->Custom Sections--->write From Areas读取截面，然后在相同目录下用Read Sect Mesh对截面进行网格划分。
面进行网格划分。
(4)sections--->Beam--->Plot Sections 即可输出截面特性。
ANSYS默认的单位系是与导人的模型一致的。
在图形输出框中的坐标系是Y-Z坐标系。
也可以直接在ANSYS去建立模型去计算截面特性.(下面是我在ANSYS中计算斜拉桥的多箱截面主梁的截面特性命令流)(5)导入截面文件，构件一个新的自定义截面，PLOT它，Torsion Constant就是抗扭刚度。
/prep7et,1,plane82H=2.8 !主高S=0.02 !梁横向坡度k,1,0,2.8 !建立主跨侧主梁k,2,-7.85,H-7.85*Sk,3,-9.85,H-9.85*Sk,4,-12.15,H-12.15*Sk,5,-15,H-15*Sk,6,-15,H-15*S-0.15k,7,-12.15,H-12.15*S-0.45K,8,-12.15,0k,9,-9.85,0k,10,-9.85,H-9.85*S-0.6k,11,-7.85,H-7.85*S-0.25k,12,0,H-0.25ksymm,x,2,11,1,100A,5,6,7,8,9,10,11,12,111,110,109,108,107,106,105,104,103,102,1,2,3,4,5 Aplotfinishsmrtsize,5amesh,allsecwrite,jm2,sect,,1sectype,2,beam,meshsecoffset,cent,,,secread,'jm2','sect','',meshsecplot,1,1正在打开AutoCAD 2004 格式的文件。
截面几何特性计算
截⾯⼏何特性计算①截⾯⼏何特性计算后张法预应⼒混凝⼟梁主梁截⾯⼏何应根据不同的受⼒阶段分别计算。
本设计中的T 形梁从施⼯到运营经历如下三个阶段。
1）主梁预制并张拉预应⼒根据主梁混凝⼟达到设计强度的 90%后，进⾏预应⼒的张拉，此时管道尚未压浆，所以其截⾯特性为计⼊⾮预应⼒钢筋影响（将⾮预应⼒钢筋换算为混凝⼟）的净截⾯，该截⾯的截⾯特性计算中应扣除预应⼒管道的影响。
边梁翼板宽度为 1900mm ，中梁翼板宽度为1700mm 。
2）灌浆封锚，主梁吊装就位并现浇400mm 湿接缝预应⼒钢筋张拉完成后并进⾏管道压浆、封锚后，预应⼒钢筋能够参与截⾯受⼒。
主梁吊装就位后现浇400mm 湿接缝，但湿接缝还没有参与截⾯受⼒，所以此时的截⾯特性计算采⽤计⼊⾮预应⼒钢筋和预应⼒钢筋影响的换算截⾯，边梁翼板宽度为1900mm ，中梁翼板宽度为1700mm 。
3）桥⾯及防护栏施⼯和运营阶段此时主梁即为全截⾯参与⼯作，此时截⾯特性计算采⽤计⼊⾮预应⼒钢筋和预应⼒钢筋影响的换算截⾯，边梁与中梁翼板宽度为2100mm 。
截⾯⼏何特性计算可以列表进⾏，以第⼀阶段边梁跨中截⾯为例列表于2-16.表2-16 边梁第⼀阶段跨中截⾯⼏何特性计算表分块名称分块⾯积iA（2mm ） 310?重⼼⾄梁顶距离 iy ()mm对梁顶边的⾯积矩ii i y A S ?=（3mm）610?⾃⾝惯性矩iI（4mm ） 910? is y y -()mm2)(i s i x y y A I -=（4mm ） 910?截⾯惯性矩iu I I I +=（4mm ）混凝⼟全截⾯ 816.467 738.9 603.287 410.275-1.9 0.003⾮预应⼒钢筋换算⾯积 s ES A )1(-α=9.1031940 17.659 0≈ -1203 13.174 预留管道⾯积 -11.545 1819.8 -21.0090≈-1082.8-13.536 净截⾯⾯积814.025∑=nins A sy /=737.00936.599=∑i s-0.359409.916注： 54/ 2.010/3.4510 5.797ES S C E E α==??=。
用ANSYS软件进行薄壁梁截面几何特性的计算
用AN SYS软件进行薄壁梁截面几何特性的计算程 进 江见鲸(清华大学 北京100084)摘 要 介绍采用大型有限元分析软件AN SYS进行薄壁梁截面几何特性计算的实施步骤。
最后采用AN SYS软件计算了两个薄壁梁截面的几何特性。
关键词 AN SYS软件 薄壁梁 几何特性Abstract:AN SYS is pow erfu l fin ite elem en t analysis softw are.T h is paper P resen ts the calcu lati on p rocedu re of geom etrical p roperties of th in2w alled beam u sing AN SYS softw are,A ndtw o geom etrical p roperties of th in2w alled beam are calcu lated u sing AN SYS softw are.Keywords:AN SYS softw are;T h in2w alled beam;geom etrical p roperties 在工程实际中,一些大型结构,如船体结构、桥梁结构以及某些建筑结构等,常常采用薄壁梁断面。
对这些结构进行空间受力分析时,常需要计算其截面几何特性,特别是截面的扭转常数和翘曲常数。
过去,常采用手算的方法进行薄壁梁截面几何特性的求解,这样做既费时又易出错。
近几年来,随着计算机的日益发展和广泛应用,人们开始编制相应的程序来计算薄壁梁截面的几何特性,但由于薄壁梁截面的复杂性,给程序编制带来一定的困难。
为了弥补上述方法的不足,本文采用通用大型有限元分析软件—AN SYS实现了对薄壁梁截面几何特性的求解。
1 用AN SYS软件计算薄壁梁截面几何特性1.1 ANS Y S软件简介[1]AN SYS作为有限元分析和设计的大型通用化软件,与其它大型有限元软件一样包括三个部分:前处理模块、分析模块和后处理模块。
用ansys计算薄壁截面特性的步骤
用ansys计算薄壁截面特性的步骤
安装ansys时要尽可能选择全模块，要不然导入功能无
法实现
一．创建截面的几何模型
一般通过CAD来建立几何模型。
在CAD中可将面域分别绘制在不同的图层上，赋予不同的颜色。
对于钢箱梁等截面，可分别制作各部分不同的面域，对于U型加劲肋等，单独建立面域。
然后用实体相减的方式，可得到钢箱梁截面的唯一面域。
二．将得到的面域输出为sat文件
在CAD里,打开“文件”→“输出”,选择文件格式为ACIS...A CIS(*.sat)格式,保存成文件。
三．导入ansys
在ansys中，用file→import→sat导入截面。
四．在菜单中操作
首先用lsel，命令全选线段，再用lesize命令对线段分合适的段。
然后用SECTION→BEAM→WRITE FROM AREA S存入截面；会跳出如下对话框，指定存入文件名称。
用read sec mesh 进行划分。
执行这个命令，会跳出如下对话框。
选择刚刚存入的文件，scetion name随意指
定。
再plot sections，即可输出截面特性如下图所示
注意：Torsin Constant 就是抗扭惯性矩。
其它参数可通过CAD输出。
ansys截面
/forum.php?mod=viewthread&tid=1997ansys查看截面（曲面）结果的方法[复制链接] klzg7754181211277主题39好友4450积分版主TA的每日心情开心昨天 08:08签到天数: 97 天[LV.6]常住居民IIUID29学术币3557帖子2324阅读权限100激情1505电梯直达楼主发表于 2012-11-28 21:52:16|只看该作者|倒序浏览一、通过工作平面切片查看截面云图1. 首先确保已经求解了问题，并得到了求解结果。
2. 调整工作平面到需要观察的截面，可通过移动或者旋转工作平面实现。
调整时注意保证工作平面与需要观察的截面平行。
3. 在plotctrls菜单中设置观察类型为section，切片平面为working plane.也可以通过等效的/type以及/cplane命令设置。
（UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Hidden-Line Options）4. 在通用后处理器中显示云图，得到需要查看的云图。
二、通过定义截面查看截云图1. 首先确保得到了求解结果。
2. 调整工作平面到需要观察的截面3. 在plotctrls菜单中设置切片平面为working plane，或者用命令/cplane,14. 通过sucr命令定义截面，选择cplaneMain Menu>General Postproc>SurfaceOperations>Create Surface>Inf. CylinderMain Menu>General Postproc>SurfaceOperations>Create Surface>On Cuttng PlaneMain Menu>General Postproc>SurfaceOperations>Create Surface>Sphere>At Node发消息 Main Menu>General Postproc>SurfaceOperations>Clear Results1. 首先确保得到了求解结果/post1plnsol,s,eqv,,1!通过工作平面查看截面云图/post1wpave,ll/2wprota,,,90/type,1,1/cplane,1plnsol,s,x,0,1.0!通过定义截面查看截面云图/post1wpave,ll/2wprota,,,90/cplane,1sucr,midsec,cplanesumap,midplot,s,xsupl,midsec,midplot/s/blog_5ce6ffad0101abuw.html ansys后处理查看剖面图(2013-01-16 21:45:59)转载▼分类：工程技术标签：杂谈CSYS !激活总体笛卡尔坐标系WPCSYS !工作平面与当前坐标系重合WPOFFS,0,0,0.15!工作平面在Z轴上偏移0.15m,就是查看Z=0.15m平面上应力图/TYPE,1,1 !剖面显示/CPLANE,1 !定义工作平面为切平面，即工作平面为剖面plnslou,s,x!显示x方向应力观察云图时候如何设置显示截面的切片云图在ANSYS中作后处理，观察云图时候如何设置显示截面的切片云图在后处理？可以通过菜单PlotCtrl>Style>Hidden line Option 中设置;修改type of plot 选项为section,cut plane选择work plane 或者normal to view就可以看到切片显示。
ANSYS中查看截面结果的方法
ANSYS中查看截面结果的方法一般情况下，对计算结果后处理时，显示得到的云图为结构的外表面信息。
有时候，需要查看结构内部的某些截面云图，这就需要通过各种后处理技巧来获得截面的结果云图。
另外，有时候需要获得截面的结果数据，也需要用到后处理的技巧。
下面对常用的查看截面结果的方法做一个介绍：1.通过工作平面切片查看截面云图工作平面实现。
这是比较常用的一种方法。
首先确保已经求解了问题，并得到了求解结果。
调整工作平面到需要观察的截面，可通过移动或者旋转工作平面实现。
调整时注意保证工作平面与需要观察的截面平行。
在PlotCtrls菜单中设置观察类型为Section，切片平面为Working Plane。
也可以通过等效的/type以及/cplane命令设置。
在通用后处理器中显示云图，得到需要查看的云图。
更简单地说，我们只需在显示云图命令前加上下面两条命令就可以了：/CPLANE,1 ! 指定截面为WP/TYPE,1,5 ! 结果显示方式选项2.通过定义截面查看截面云图这种方法也需要用到工作平面与切片。
步骤如下：首先确保已经得到了求解结果。
调整工作平面到需要观察的截面。
在PlotCtrls菜单中设置观察类型为Working Plane，或者使用命令/cplane,1。
通过sucr命令定义截面，选择（cplane）。
通过sumap命令定义需要查看的物理量。
通过supl命令显示结果。
3.通过定义路径查看云图与保存数据首先确保已经得到了求解结果。
通过path与ppath命令定义截面路径。
通过pdef命令映射路径。
通过plpath、prpath与plpagm命令显示及输出结果。
总结：第一种方法是较简单、较常用的方式。
通过这种操作方式，我们也可以更直观地理解工作平面的含义。
以前看书上介绍工作平面总是无法理解到底什么是工作平面，工作平面有什么用途。
第二中方法实质上和第一种方法是一样的，只不过截面是我们自定义的一个平面，不是通过移动、旋转工作平面来实现“切片”的。
ANSYS中自定义截面
beam188单元自定义截面的方法及预览实现定义cross section 文件：1， 2种方法,一种可以在autocad种画好图形，存为".sat”格式，然后再通过ansys的import端口导入，一种是直接在ansys里画好.2，对导入或画好的图形进行网格划分,网格划分好后（一定完成网格的划分，注意不是预划分），选择precessor-section—beam：首先选择write from area，定义为一个.sect文件3，然后选择read section mesh 定义section name 和section library file.选择完成。
4，绘制beam188单元，完成后,定义单元横截面属性：meshing—mesh attribute—default attributes 在section number处，选择刚才定义的横截面文件（如果提示没有定义的横截面文件，选择read section mesh 定义section name 和section library file.再重新读取一次,再meshing—mesh attribute—default attributes 在section number处，选择刚才定义的横截面文件）。
到现在，beam188单元的自定义截面就定义成功了。
第二部分下面就是怎么实现三维预览的问题了,关于这一点,我真的是费了好多时间，咨询了很多网友，发了很多帖子，还是没有自己解决，最终还是请教了一位师兄后,才恍然大悟。
原来我犯了一个程序上的错误，我以为,只要将上面的第4步完成了就可以实现三维预览了,实际上不是这样子的，必须要先给beam188单元划分完网格之后，才能实现三维预览，这就是我写这篇学习日志的初衷，希望正在或将要学习beam单元的学友们，能够得到一些帮助，实际上，从现实三维图形的命令中，我们也能够知道，所谓的三维预览,实际上只是针对element才起作用的，element肯定是在划分完网格后才有的有限元单元.因此，我觉得，我在学习ansys时，还是缺乏足够的自信，总是怀疑自己什么地方出错了，如果我要是在实体情况下，预览不成功，非常自信的,紧接着完成对实体单元的网格划分的话，那我想我已经不用为这个问题，耽误了将近半个月的时间了。
ANSYS计算钢箱梁截面特性计算步骤
步骤一：在ATUOCAD里面生成截面面域，并移动到原点位置，单位
:m
步骤二：生成*.sat文件，并输出。
步骤三：在ANSYS中导入计算截面的SAT文件
步骤四：计算截面以平面方式显示
步骤五：添加单元类型：plane42单元
步骤六：在meshing—size cotrls—manual size—lines菜单中，选择all lines，并制定划分长度，即：element edge
length
步骤七：面上的线条划分过后会变为彩色，并以虚线的方式进行显示。
步骤八：线段划分后，随即对面进行网格划分
步骤九：在sections菜单中选择write from areas，输入截面文件名称。
步骤十：write结束后选择 read sect mesh ，读入已经生成的截面。
步骤十一：read以后选择 plot sections，选择截面名称，
显示截面计算特性
步骤十二：截面特性如图中右侧所示。
自定义截面梁的ANSYS求解方法
自定义截面梁的ANSYS求解ANSYS有多种梁截面的形状可供选择，但是如果ANSYS里面没有你想要的梁截面该怎么办呢？那就需要自己定义自己喜欢的梁截面。
下面给出命令流，可以很好地定义自己喜欢的梁截面。
先把效果展示给大家，命令流只是用来学习的，放在文章的最后。
我要分析的一个问题是一根L=1m长的矩形截面梁，一端固定一端自由（悬臂梁）。
矩形截面的B×H=0.1m×0.1m，梁上表面受均布荷载q=1000N/m，梁的弹性模量为E= 210GPa。
这个是可以通过理论计算得到梁末端最大挠度：w=qL48EI=1000×148×210×109×112×0.1×0.13=57×10−4≈0.714×10−4（m）截面的定义可以直接在ANSYS中进行，先定义好面，然后用MESH200单元进行网格划分，最后保存为*.rect文件，然后在进行梁单元建模的时候，导入截面参数文件，最后赋予梁该截面形状，进行梁单元网格剖分，施加荷载和边界条件，进行求解。
如下图所示，即定义好的梁截面形状。
可以看到界面的各个系数。
然后建模求解。
静力学求解一个Solve命令就行了。
最后可以画出变形图和应力云图。
应力云图如下。
由变形图可以得到该悬臂梁模型用ANSYS计算出来的最大末端位移是0.724×10−4（m），应力云图可以获知最大拉应力和最大压应力的大小相等为2.72MPa，求解成功。
万冀2017.01.03 于珞珈山（附：ANSYS命令流于后两页）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40finish/clear/prep7!利用MESH200单元对自定义梁截面进行网格剖分et,1,mesh200!*设置KeyOpt(1)=7即八节点四边形单元（截面划分网格必须这样）keyopt,1,1,7!*定义关键点k,1,0.0,0.0k,2,0.1,0.0k,3,0.1,0.1k,4,0.0,0.1!*连接关键点l,1,2l,2,3l,3,4l,4,1!*由线条构成截面al,1,2,3,4!*映射网格划分mshape,0,2dmshkey,1esize,0.01 !控制网格大小asel,,,,1amesh,all !划分网格!将自定义截面参数输出到文件mysec.sect文件中保存secwrite,mysec,sect,,1finish!**清空以往数据并开始新的计算/clear/prep7et,1,beam188mp,dens,1,7850mp,ex,1,2.1e11mp,prxy,1,0.3!***导入自定义截面sectype,1,beam,meshsecoffset,cent41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73secread,'mysec','sect',,meshsecplot,1,1 !**画出截面形状和网格r,1,k,1,0,0k,2,1,0k,3,0,1 ! 给梁单元定方向的3号关键点l,1,2,10 ! 连接关键点1和2并预划分10份!**LATT,-材料-实常数-单元类型-空-方向关键点号-空-梁截面编号latt,1,1,1,,3,,1esize,0.1 ! 划分单元大小lmesh,1sfbeam,all,1,pres,1000,,,,,,0 ! 施加均布压力(量纲：F/L) nsel,s,loc,x,0 ! 选取x=0处的节点施加固定约束(即模拟悬臂梁) d,all,allfinish!****静力求解/soluantype,0allsel,allsolvefinish/post1!*画变形图pldisp,1!*显示单元形状/eshape,1.0!*画x方向的应力云图plnsol,s,x/view,1,1,1,1/replot。
用ANSYS软件进行薄壁梁截面几何特性的计算
用¡®³¹³软件进行薄壁梁截面几何特性的计算程进江见鲸ˆ清华大学北京‘•••˜”‰摘要介绍采用大型有限元分析软件¡®³¹³进行薄壁梁截面几何特性计算的实施步骤"最后采用¡®³¹³软件计算了两个薄壁梁截面的几何特性"关键词¡®³¹³软件薄壁梁几何特性A bstractš¡®³¹³ÉÓÐÏ×ÅÒÆÕÌÆÉÎÉÔÅÅÌÅÍÅÎÔÁÎÁÌÙÓÉÓÓÏÆÔ×ÁÒÅŽ´ÈÉÓÐÁÐÅÒ°ÒÅÓÅÎÔÓÔÈÅÃÁÌÃÕÌÁÔÉÏÎÐÒÏÃÅÄÕÒÅÏÆÇÅÏÍÅÔÒÉÃÁÌÐÒÏÐÅÒÔÉÅÓÏÆÔÈÉÎ2×ÁÌÌÅÄÂÅÁÍÕÓÉÎÇ¡®³¹³ÓÏÆÔ×ÁÒÅŒ¡ÎÄÔ×ÏÇÅÏÍÅÔÒÉÃÁÌÐÒÏÐÅÒÔÉÅÓÏÆÔÈÉÎ2×ÁÌÌÅÄÂÅÁÍÁÒÅÃÁÌÃÕÌÁÔÅÄÕÓÉÎÇ¡®³¹³ÓÏÆÔ×ÁÒÅŽK eyw ord sš¡®³¹³ÓÏÆÔ×ÁÒÅ›´ÈÉÎ2×ÁÌÌÅÄÂÅÁÍ›ÇÅÏÍÅÔÒÉÃÁÌÐÒÏÐÅÒÔÉÅÓ在工程实际中Œ一些大型结构Œ如船体结构!桥梁结构以及某些建筑结构等Œ常常采用薄壁梁断面"对这些结构进行空间受力分析时Œ常需要计算其截面几何特性Œ特别是截面的扭转常数和翘曲常数"过去Œ常采用手算的方法进行薄壁梁截面几何特性的求解Œ这样做既费时又易出错"近几年来Œ随着计算机的日益发展和广泛应用Œ人们开始编制相应的程序来计算薄壁梁截面的几何特性Œ但由于薄壁梁截面的复杂性Œ给程序编制带来一定的困难"为了弥补上述方法的不足Œ本文采用通用大型有限元分析软件)¡®³¹³实现了对薄壁梁截面几何特性的求解"‘用¡®³¹³软件计算薄壁梁截面几何特性1Ž1A N SYS软件简介»1½¡®³¹³作为有限元分析和设计的大型通用化软件Œ与其它大型有限元软件一样包括三个部分š前处理模块!分析模块和后处理模块"前处理模块提供了一个强大的实体建模及网络划分工具Œ用户可以方便地构造有限元模型›分析计算模块包括结构分析ˆ可进行线性分析Œ一般非线性分析和高度非线性分析‰!流体力学分析!电磁场分析!声场分析以及多物理场耦合分析Œ可模拟多种物理介质的相互作用Œ具有灵敏度分析及优化分析能力›后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示!梯度显示!矢量显示!粒子流迹显示!立体切片显示!透明及半透明显示等图形方式显示出来Œ也可将计算结果以图表!曲线形式显示或输出"¡®³¹³软件虽提供了一种可直接计算薄壁梁截面面积!弯曲惯性矩的工具Œ但它无法计算截面扭转常数和翘曲常数"对于如何计算这些常数Œ¡®³¹³软件并未直接给出相应工具"作者通过对¡®³¹³软件的不断使用Œ发现可以采用某一种梁单元方便而迅速地计算出薄壁梁截面的几何特性"下面给出具体的实施步骤"1Ž2实施步骤‘‰描述薄壁梁断面"¡®³¹³软件提供了丰富的单元类型Œ其中梁单元类型就有九种"¢¥¡-’”梁单元是一种三维薄壁单元Œ它与其它梁单元型式最大的不同就在于它是通过一系列的矩形节段来描述断面的几何形状"每一个矩形节段又是通过节段点坐标和厚度来表示的"图‘为工字型梁断面›其中ˆÁ‰表示实际梁断面形式›ˆÂ‰梁截面离散成不同的矩形节段"图‘中断面的几何形状可以通过表‘中的节段数据来表示"以上节段数据表编制时须注意以下两点š¹¡®³¹³提供的最大节段点数为’•›º如果某一节段点作为起始节点时ˆ如表‘中节段点‘!节段点“和节段点•‰Œ该节段厚度应为•"——用¡®³¹³软件进行薄壁梁截面几何特性的计算))程进江见鲸收稿日期š’••‘)••)‘”节段数据表表1 节段点Y坐标Z坐标节段厚度‘•••’b •t f “b ö’••”b ö’h t w ”•h •–bht f’‰拟包含¢¥¡-’”梁单元的¡®³¹³分析命令流文件"¡®³¹³分析命令流文件中一般包含以下几项内容šˆÁ‰设置输出结果文件名ˆ用ö¯µ´°µ´命令‰›ˆÂ‰定义单元类型Œ必须采用¢¥¡-’”梁单元类型›ˆÃ‰建立结构模型Œ至少应包含两个节点和一个单元›ˆÄ‰定义材料特性›ˆÅ‰设置边界条件›ˆÆ‰给定荷载并设置求解命令"对于上述几项内容Œ其中ˆÃ‰!ˆÄ‰!ˆÅ‰!ˆÆ‰项用户可根据需要选择相应内容"因为编制该命令文件只是为了进行求解Œ而内容的不同只会影响到计算结果Œ对于截面几何特性结果不会产生任何影响"“‰!运行¡®³¹³分析命令流文件Œ在结果文件中查看薄壁梁截面的几何特性"ˆ其中包括梁面积!扭转常数!翘曲常数等‰’ 算例分析下面采用¡®³¹³软件计算两个薄壁梁截面的几何特性Œ并将计算结果与文献»’½进行了对比"算例‘š一非对称开口薄壁梁截面»’½如图’所示"¡®³¹³计算的该截面几何特性结果与文献»’½结果的对比如表’所示"开口薄壁梁截面几何特性的对比 表2截面几何特性¡®³¹³文献»’½面积•Ž’˜•Å“•Ž’˜•Å“扭转常数•Ž’’˜˜Å“•Ž’’˜—•Å“翘曲常数•Ž™’•˜Å˜•Ž™’–“““Ř算例’š一开口薄壁梁截面»’½如图“所示"¡®³¹³计算的该截面几何特性结果与文献»’½结果的对比如表“所示"开口薄壁梁截面几何特性的对比 表3截面几何特性¡®³¹³文献»’½面 积•Ž’”Å“•Ž’”Å“扭转常数•Ž•’Å“•Ž•’Å“翘曲常数•Ž“™‘•Å—•Ž“™”’••Å—从上面两个算例的计算结果可以看出Œ¡®³¹³计算结果与文献»’½的结果吻合较好"另外Œ需要指出的是目前采用¡®³¹³软件只适用于计算任意开口薄壁梁截面和单闭室薄壁梁截面的几何特性"“ 结 语通过本文的叙述和算例分析Œ可以看出Œ利用¡®³¹³软件可以方便而迅速地计算出薄壁梁截面的几何特性Œ且计算精度较高Œ完全可满足实际结构空间受力分析的需要"参考文献‘毕桂平Œ魏红一Œ范立础Ž¡®³¹³在桥梁工程中的应用前景Ž中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十四届年会论文集Œ上海š同济大学出版社Œ’•••’¡Ž°ÒÏËÉÃŽ£ÏÍÐÕÔÅÒÐÒÏÇÒÁÍÆÏÒÄÅÔÅÒÍÉÎÁÔÉÏÎÏÆÇÅÏÍÅÔÒÉÃÁÌÐÒÏÐÅÒÔÉÅÓÏÆÔÈÉΕ×ÁÌÌÅÄÂÅÁÍÓ×ÉÔÈÏÐÅÎÐÒÏÆÉÌÅŽ¡ÄÖÁÎÃÅÓÉÎ¥ÎÇÉÎÅÅÒÉÎdzÏÆÔ×ÁÒÅŒ‘™™™Œ“•˜—交通与计算机 ’••‘年增刊 第‘™卷ˆ总第‘•‘期‰。
利用ANSYS计算复杂薄壁杆件的截面特性
利用ANSYS计算复杂薄壁杆件的截面特性胡晓伦杨鸿波同济大学桥梁工程系，上海 200092[ 摘要 ] 利用有限元通用软件ANSYS中用户自定义截面的功能，计算薄壁杆件复杂截面的几何特性，文中给出了详细的实施步骤和技巧，并计算了开闭口、分离式和组合薄壁截面三种典型情况，可供工程技术人员参考。
[ 关键词]薄壁杆件；几何特性；自定义截面；ANSYSDetermining Geometrical Properties of ComplexThin-walled Beams with ANSYSXiaolun HU Hongbo YANGDepartment of Bridge Engineering,Tongji University,Shanghai,200092[ Abstract ] ANSYS can create custom cross sections with a user-defined mesh and multiple materials. It can determine the geometrical properties of complex thin-walled beams.This paper presents the detailed operations and skills, and calculates the geometricalproper[ Keyword ] thin-walled beam; geometrical properties; custom cross section; ANSYS1前言薄壁杆件在建筑、型钢、船体、桥梁等工程结构中应用极为广泛。
对这些结构进行建模分析时,常将其简化为梁单元，需要计算其截面几何特性, 特别是扭转常数和翘曲常数。
对于一些简单的等壁厚截面，可以用公式直接求出。
若壁厚不等，需要采用符拉索夫开口截面薄壁杆件理论和乌曼斯基闭口截面薄壁杆件理论，逐段积分运算；若带有U肋或是开闭口组合截面，需要按照乌曼斯基第二理论计算，首先求得主扇形极点和主扇形面积，再得到其它截面常数，较为繁琐。
使用ANSYS计算截面特性(精)
使用 ANSYS 计算截面特性ANSYS 提供了定义梁截面的两种方式:普通截面和用户自定义截面。
工字形、箱形、 T 形等 12种截面属于普通截面,存储在 ANSYS 参数截面库中;除此之外,均属于用户自定义截面。
ANSYS 将截面视为多区格的有限元模型,迭代求解几何特性。
ANSYS求解截面特性的步骤为:(1 创建截面的几何模型。
描述截面几何形状的面域可以在 ANSYS 中通过点一线一面的方式直接生成;也可以由外部文件导人。
一般通过 AUTO CAD来建立几何模型。
在 AUTO CAD中可将面域分别绘制在不同的图层上, 赋予不同的颜色, 通过图层开关和颜色等方式进行区分和编辑。
有限元分析中,控制网格尺寸和密度对结果的分析有重要影响。
在 AUTOCAD 中, 先绘出截面的内外框线,可以用 Pedit 命令将多段线连成一条多义线 (Polyline,然后用 region 命令围成面域,也可以导人ANSYS 后再形成面 (AREA。
(2 将 AUTOCAD 中建立的面域另存为 Sat 文件, 然后在 ANSYS 中用 File —Import — sat 方式导人。
这种转换方式较方便,模型不会失真变形。
(3 用 Sections--->Beam--->Custom Sections--->write From Areas 读取截面,然后在相同目录下用 Read Sect Mesh对截面进行网格划分。
面进行网格划分。
(4sections--->Beam--->Plot Sections 即可输出截面特性。
ANSYS 默认的单位系是与导人的模型一致的。
在图形输出框中的坐标系是 Y-Z 坐标系。
也可以直接在 ANSYS 去建立模型去计算截面特性 .(下面是我在ANSYS 中计算斜拉桥的多箱截面主梁的截面特性命令流(5导入截面文件,构件一个新的自定义截面, PLOT 它, Torsion Constant 就是抗扭刚度。
利用ANSYS生成变截面箱梁word精品文档8页
利用ANSYS生成变截面箱梁Beam188/189 支持自定义的变截面1、首先建立变截面箱梁截面，并保存截面。
必须保证每个截面的关键点号相同，而且为保证生成的准确性，应尽量的使得关键点有足够多的数目。
2、要对截面进行面积分块，并指定各线段的段数，这样才能做出规整的箱梁截面网格划分，也就保证了变截面箱梁桥各截面的网格模式相同，建议对于变化急剧的两边截面应使得线足够的短。
并不是划分越密越可能成功，而是线越短越可能成功3。
通过梁节段两端对应的截面建立taper截面，定义好桥的线形后，指定每段线对应的taper截面。
4、可以用slist命令查看生成截面的性质，加深对secread 命令的理解以下例进行说明：Ⅰ-Ⅰ截面图全梁1/2图示Ⅰ-Ⅰ截面命令流finish/clear/prep7k,1k,2,2750k,3,3350,2400k,4,5450,2750k,5,6700,2850k,6,6700,3050k,7,0,3050k,8,0,280k,9,2359,280k,10,2886,2400 k,11,1836,2750 k,12,0,2750l,1,2l,2,3l,3,4l,4,5l,5,6l,6,7l,8,9l,9,10l,10,11l,11,12l,1,8l,7,12al,allarsym,x,all aadd,1,2 nummrg,all numcmp,all adele,1l,2,9l,13,20l,14,19l,10,3l,1,8al,22,17,25,19 al,25,1,21,7 lcomb,15,20 wpoffs,-5450,2750 wprota,,,90 lsbw,18wpcsys,-1 wpoffs,-3350,2400 wprota,,,90 lsbw,20wpcsys,-1 wpoffs,-2886,2400 wprota,,,90 lsbw,18wpcsys,-1l,15,18l,14,21l,19,22l,7,12al,14,13,18,26 al,18,12,29,27 al,29,23,30,28 al,30,15,31,20 lcomb,9,10 wpoffs,5450,2750 wprota,,,90 lsbw,6wpcsys,-1 wpoffs,3350,2400 wprota,,,90 lsbw,32 wpcsys,-1 wpoffs,2886,2400 wprota,,,90 lsbw,6wpcsys,-1l,4,11l,3,23l,10,24al,5,4,6,10al,3,6,33,35al,24,35,34,36 al,9,36,32,31 ldiv,16,,,4 ldiv,11,,,4 ldiv,2,,,4ldiv,8,,,4l,30,27l,29,26l,28,25l,36,33l,35,32l,34,31al,23,42,49,39 al,49,41,50,38 al,50,40,51,37 al,51,11,22,16 al,24,48,52,45 al,52,47,53,44 al,53,46,54,43al,54,8,21,2 nummrg,all numcmp,all et,1,82 lesize,1,,,4 lesize,17,,,4 lesize,19,,,4 lesize,7,,,4 lesize,22,,,1 lesize,21,,,1 lesize,25,,,1 mshape,1,2d mshkey,2 amesh,1 amesh,2 lesize,23,,,1 lesize,42,,,1 lesize,39,,,1 lesize,49,,,1 lesize,41,,,1 lesize,50,,,1 lesize,38,,,1 lesize,40,,,1 lesize,37,,,1 lesize,51,,,1 lesize,11,,,1 lesize,16,,,1 lesize,22,,,1 lesize,24,,,1 lesize,45,,,1 lesize,48,,,1 lesize,52,,,1 lesize,44,,,1 lesize,47,,,1 lesize,53,,,1 lesize,43,,,1 lesize,46,,,1 lesize,54,,,1 lesize,2,,,1 lesize,8,,,1 lesize,21,,,1 mshape,0,2d mshkey,1 amesh,11amesh,12 amesh,13 amesh,14 amesh,15 amesh,16 amesh,17 amesh,18 lesize,13,,,2 lesize,26,,,2 lesize,14,,,1 lesize,18,,,1 mshape,1,2d mshkey,2 amesh,3 lesize,12,,,3 lesize,27,,,3 lesize,18,,,1 lesize,29,,,1 mshape,1,2d mshkey,2 amesh,4 lesize,23,,,1 lesize,29,,,1 lesize,30,,,1 lesize,28,,,1 mshape,0,2d mshkey,2 amesh,5 lesize,30,,,1 lesize,20,,,4 lesize,31,,,1 lesize,15,,,4 mshape,1,2d mshkey,2 amesh,6 lesize,31,,,1 lesize,9,,,4 lesize,36,,,1 lesize,32,,,4 mshape,1,2d mshkey,2 amesh,10 lesize,35,,,1 lesize,34,,,1lesize,24,,,1lesize,36,,,1 mshape,0,2dmshkey,2amesh,9lesize,6,,,1lesize,35,,,1lesize,3,,,3lesize,33,,,3 mshape,1,2dmshkey,2amesh,8lesize,6,,,1lesize,5,,,1lesize,10,,,2lesize,4,,,2 mshape,1,2dmshkey,2amesh,7secwrite,mybox1主命令流finish/clear/prep7k,5000,7800k,5001,8851k,5002,9899k,5003,10800k,5004,12300k,5005,0l,5000,5001l,5001,5002l,5002,5003l,5003,5004l,5000,5005k,100,8300,4000k,101,9500,4000k,102,10000,4000et,1,beam189mp,ex,1,3.0e10mp,prxy,1,0.167 sectype,1,beam,mesh secread,mybox1,,,mesh sectype,2,beam,meshsecread,mybox2,,,mesh sectype,3,taper secdata,1,7800 secdata,2,8851et,2,beam189mp,ex,2,3.0e10mp,prxy,2,0.167 sectype,4,beam,mesh secread,mybox2,,,mesh sectype,5,beam,mesh secread,mybox3,,,mesh sectype,6,taper secdata,4,8851 secdata,5,9899et,3,beam189mp,ex,3,3.0e10mp,prxy,3,0.167 sectype,7,beam,mesh secread,mybox3,,,mesh sectype,8,beam,mesh secread,mybox4,,,mesh sectype,9,taper secdata,7,9899 secdata,8,10800et,4,beam189mp,ex,4,3.0e10mp,prxy,4,0.167 sectype,10,beam,mesh secread,mybox4,,,mesh et,5,beam189mp,ex,5,3.0e10mp,prxy,5,0.167 sectype,11,beam,mesh secread,mybox1,,,mesh lesize,1,,,2lesize,2,,,2lesize,3,,,2lesize,4,,,2lesize,5,,,8allsellsel,s,line,,1latt,1,,1,,100,,3 allsellsel,s,line,,2latt,2,,2,,101,,6 allsellsel,s,line,,3 latt,3,,3,,102,,9 allsellsel,s,line,,4 latt,4,,4,,102,,10 lsel,s,line,,5 latt,5,,5,,102,,11 lmesh,1,5,1allsellmesh,1,5,1/eshape,1eplot。
基于ANSYS的截面几何特性参数计算方法
基于ANSYS的截面几何特性参数计算方法
王瑶
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2013(000)013
【摘要】文中介绍了ANSYS计算截面几何特性的具体过程和技巧,以简单薄壁截面和复杂薄壁截面为例进行计算,并与AUTOCAD计算结果对比可知:ANSYS不仅在截面几何特性的计算方面可与AUTOCAD达到相同的精度；而且还可以同时求得扭转常数、翘曲常数和剪切中心等AUTOCAD不能求解的截面几何特性.【总页数】2页(P149-150)
【作者】王瑶
【作者单位】长安大学理学院,陕西西安710064
【正文语种】中文
【相关文献】
1.用ANSYS软件进行薄壁梁截面几何特性的计算 [J], 程进;江见鲸
2.铁路箱梁截面弹塑性几何特性计算方法 [J], 王明
3.Ansys计算薄壁截面几何特性方法研究 [J], 胡腾飞;荣浩;许汝武;贺剑辉
4.ANSYS在计算薄壁梁截面几何特性中的应用 [J], 张贵生
5.基于梁截面几何特性参数的白车身结构优化设计 [J], 赵永宏;陈东;袁焕泉;耿富荣;熊志华;汪芳胜
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ANSYS截面特性计算
第一步： 在AUTOCAD下根据具体尺寸划好模型图形，生成面域。
第二步： 输出成.sat格式的交换图形文件
第三步： 在ANSYS中输入在CAD中输出的文件
导入ANSYS中的图形，这种图形可以不再cad里导 入，直接在ansys中划分也可以，只是比较麻烦
第六步： 计算完后,会出现对话框,让你保存计算出来的文件,写一 个文件名,点Oor>sections>Beam>custom Sections>Read Sect Mesh,找出刚刚保存的文件，读出来，按照路径 reprocessor>sections>Beam>Plot Section，就可以看到计算出来的各种参数值。 注：以上步骤可以编写命令流以方便计算。
第四步：在划分前定义一种平面单元，如：et,1,42，并手动指定 网格尺寸，随后可用mesh命令对面域进行划分，建议采用三 角形单元；若一个面域是由个小面域组合成，划分完后要合 并节点（node和几何点（keypoint）。
第五步： 在工具单上随路Preprocessor>sections>Beam>custom Sections>write From Aresa,出现对话框，点取Pick all，程序 开始计算截面特性。
基于ANSYS 的单箱多室薄壁梁截面特性计算
基于ANSYS 的单箱多室薄壁梁截面特性计算摘要：在单箱多室薄壁梁截面桥梁分析设计中，如何确定截面的扭转常数和翘曲常数是非常重要的。
通过对大型通用有限元程序ANSYS的研究和应用，阐述了使用ANSYS计算单箱多室梁截面的扭转常数和翘曲常数的实施步骤。
关键词：ANSYS 单箱多室薄壁梁扭转常数翘曲常数0、引言在桥梁结构分析设计中，常常需要计算截面的几何特性。
随着交通事业的不断发展，薄壁箱梁截面因其良好的抗弯能力及较低的造价在桥梁建设中得到了广泛的应用。
但是由于在薄壁箱梁中约束扭转及剪力滞效应显著，我们常常需要得到截面的扭转常数和翘曲常数。
过去的传统方法是采用手算的方法进行薄壁箱梁截面几何特性的求解，在计算扭转常数时，往往是通过查表插值得到c值，因此在速度和精度上均不能达到要求。
随着计算机的广泛应用，工程师们开始编制各种程序来计算薄壁箱梁截面几何特性。
但由于薄壁箱梁截面的复杂性与多样性，给程序编制带来一定的困难。
目前许多设计程序在计算预应力箱梁的特性值时，或仅提供部分特性值，或省略加腋承托部分和悬臂部分，按封闭截面的公式计算特性值。
但是对于非对称截面或风荷载容易引起较大扭矩的桥梁结构中，抗扭惯性矩是抵抗扭矩作用的一个比较重要的参数，而翘曲常数则是分析剪力滞效应的重要参数，因此准确提供扭转常数和翘曲常数在结构分析中非常重要。
为了弥补上述方法的不足，本文采用大型通用有限元分析软件ANSYS实现了对薄壁箱梁扭转常数和翘曲常数的求解。
1、用ANSYS软件计算薄壁箱梁截面扭转常数和翘曲常数1.1 ANSYS在桥梁工程中的应用在桥梁工程结构分析中，主要使用ANSYS软件进行静力分析、屈曲分析、模态分析、谐响应分析、谱分析和瞬态动力学分析。
ANSYS软件虽可对画好的截面直接使用ASUM命令计算截面面积、各方向的弯曲惯性矩，但它无法计算截面扭转常数和翘曲常数。
通过对ANSYS软件的不断使用，作者发现采用PLANE82平面单元划分网格并将其赋值为自定义截面的方法，可以迅速地计算出薄壁梁截面的扭转常数和翘曲常数。
翼缘变厚度槽钢的剪切中心及参数分析
翼缘变厚度槽钢的剪切中心及参数分析陈勇;刘建;胡佳星【摘要】The location of shear center on variable thick-ness flange channel is closely related with the characteristic of shear stress distribution, in order to reasonably reflect the shear stress distribution on the cross -section, in this paper, based on the knowledge of mechanics of materials, expressions to de-termine the position of shear center flange channel of variable thickness are derived, analyzed the channel cross - section of variable thickness flange flange inner inclined slope, affecting the overall width of the flange, the total height of the cross sec-tion of the shear center. according to the theory of thin-walled bar are compared according to the shear center location thickness calculation, the results show that: the results of theoretical cal-culations by thin -walled theory and press material mechanics calculations are close, when the wing the inside edge of the in-clined slope a<1∶5, can consider the thickness of the cross-section instead of variable thickness cross section calculations.%翼缘变厚度槽钢截面剪切中心的位置与截面上剪应力的分布规律有内在联系，为了合理反映截面上剪应力的分布状况，本文基于材料力学的知识推导了翼缘变厚度槽钢的剪切中心计算公式，分析了翼缘变厚度槽钢截面的翼缘内侧倾斜坡度、翼缘总宽度、截面总高度对剪切中心的影响。
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节段数据表
Y 坐标 0 -30 -9.5 -9.5 0 -70 -69.5 -69.5 -55 -69 Z 坐标 1 1 2 58.5 59.25 59.25 30 58.5 31 31
节段厚度
截面几 何特 性
ANSYS 和 AUTOCAD 计算结果
ANSYS （PLANE82 ） 626740 IXX 1.92e11
质心 扭转常数 翘曲常数 剪切中心 面积 形心惯性矩
1（ 起点 ） 1 2（ 终点 ） 3（ 起点 ） 2 4（ 终点 ） 5（ 起点 ） 3 6（ 终点 ） 7（ 起点 ） 4 8（ 终点 ） 9（ 起点 ） 5 10（ 终点 ）
221.158 96100000 X -12.712 Y 76.78 X Y X
224.4
●
【 参考文献 】
［1 ］ 石琴 ， 陈朝阳 . 任意形状 薄 壁 截 面 的 几 何 特 性 参 数 的 计 算 [J]. 机 械 工 程 学 报 ，
Y 74.46
-11.63
2.2
复杂薄壁截面 薄壁构件由于加劲 肋 的 存 在 ， 断 面 形 式 越 来 越 复 杂 ， 从 而 增 加 了 截面特性的计算难度 ， 尤其是抗扭常数的计算 。 本文以复杂薄壁截面 为例 。 截面如图 4 所示 ， 计算结果如表 4 所示 。
节段 节段点
ye 0 b b/2 b/2 0 b
ze tf /2 tf /2 tf h-tf h-tf /2 h-tf /2
节段厚度
1（ 起点 ） 1 2（ 终点 ） 3（ 起点 ） 2 4（ 终点 ） 5（ 起点 ） 3 6（ 终点 ）
0 tf 0 tw 0 tf
1.2.2
创建截面几何模型并划分区格求解截面几何特性
以上两个例子均可看出 ，ANSYS 对截面几何特性 （ 面积 、 质 心 、 形 心 惯 性 矩 ） 计 算 结 果 与 AUTOCAD 非 常 吻 合 ， 可 达 到 相 同 精 度 ， 且 ANSYS 同时求得了扭转常 数 、 翘 曲 常 数 和 剪 切 中 心 等 AUTOCAD 不 能求解的几何特性 。
1
1.1
计算过程
ANSYS 自带求解截面几何特性功能 ANSYS 本 身 自 带 的 求 解 截 面 几 何 特 性 功 能 ， 求 解 过 程 与 AUTOCAD 类似 ， 只可以求解截面面积 、 质心 、 惯性矩 、 惯性积 、 形 心 主
惯性矩 ， 不能求解扭转常数 、 翘曲常数 、 剪切中心 、 剪切惯性矩 。 具体操 作过程如下 ： 1 ） 创建截面几何模型 2）使用命令 Preprocessor→Modeling→Operate→Calc Geom Items → 选择相应的几何模型选项 →ok 即可 1.2 ANSYS 自定义截面功能 若需求解扭转常数、 翘曲常数、 剪切中心等截面几何特性， AUTOCAD 和本文 1.1 中的方法已不能满足要求 ， 可以使用 ANSYS 自 定义截面功能求解 。 1.2.1 自定义截面功能介绍 1 ） 创建截面几何模型并划分区格来自定义截面 ANSYS 可以将要计算的截面视为多区格有限元面 域 模 型 ， 使 用 积分方式识别截面几何形状并迭代求解几何特性 。 采用 PLANE82 或 MESH200 单 元 划 分 网 格 ， 每 个 网 格 视 为 一 个 cell ， 包 含 9 个 节 点 和 4 个积分点 ， 每个 cell 可以赋予不同的材料属性 。 如图 1 所示 。
科技信息
○高校讲坛○
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
2013 年
第 13 期
基于 ANSYS 的截面几何特性参数计算方法
王 瑶 （ 长安大学 理学院 ， 陕西 西安 710064 ）
【 摘 要 】 文 中 介 绍 了 ANSYS 计算 截 面 几 何 特 性的 具 体 过 程 和技 巧 ， 以 简 单 薄 壁 截 面 和复杂 薄 壁 截 面 为 例 进 行 计算 ， 并 与 AUTOCAD 计算 结果 对 比 可 知 ：ANSYS 不 仅 在 截 面 几 何 特 性的 计算 方面 可 与 AUTOCAD 达 到 相 同 的 精 度 ； 而 且 还 可 以 同 时 求 得 扭 转 常 数 、 翘 曲 常 数 和 剪 切 中 心 等 AUTOCAD 不 能 求 解 的 截 面 几 何 特 性 。 【 关键词 】ANSYS ； 截 面 几 何 特 性 ； 自 定 义 截 面 ；AUTOCAD
［ 责任编辑 ： 王迎迎 ］
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（ 上接第 140 页 ） 肌肉能提高劳动能力和运动能力 。 经 常 从 事 体 育 训 练 ， 可以改善肌肉血液的供应情况 ， 增强肌肉的营养 ， 特别是蛋白质的 含量 ， 使肌纤维变粗 ， 肌肉的工作能力加强 。 3.3 提高儿童机体的功能 体育训练能使少儿 体 内 能 量 消 耗 增 加 ， 代 谢 产 物 增 多 ， 新 陈 代 谢 旺盛 ， 血液循环加速 。 从而使血液循环系统 、 呼吸系统 、 消化系统 、 排泄 系统的功能到的改善 。 经常从事体育训练 ， 可使心脏产生运动性肥大 ， 心 肌 增 强 ，心 壁 增 厚 ，心 腔 容 积 增 大 ，在 功 能 上 心 脏 的 每 搏 输 出 量 增 加 ， 而心搏频率减少 ， 出现 “ 节 省 化 ” 现 象 。 肺 的 功 能 也 会 随 运 动 而 提 高 ， 肺活量增大 ， 呼吸深度加深 ， 提高肺通气量 ， 增钱肺的功能 。 3.4 调节儿童心理 ， 发展个性 从事体育训练 ， 能使儿童心情舒畅 ， 精神愉快 ， 减少儿童的不良情 绪 。 坚持参加体育训练 ， 可以使儿童克服困难 ， 培养他们勤奋好学 、 积
0 2 0 1 0 1.5 0 1 0 2
X 6020
表3
截面几何特 性 面积 形心惯性矩
简单薄壁截面截面几何特性的 ANSYS 和 AUTOCAD 计算结果
AUTOCAD 278 IYY 210990 Y 36.401 IXX IYY IXX ANSYS
（Beam42 ）
ANSYS
（PLANE82 ）
2004，10，40(10)． ［2 ］ 赵勇 ， 周竞欧 ， 颜德恒 . 任 意 多 边 形 薄 壁 杆 断 面 几 何 参 数 计 算 方 法 [J]. 结 构 工 程师 ，2004 ，8，20(4)． ［3］ 谭 建 国 . 使 用 ANSYS6.0 进 行 本 科 ， 有 限 元 分 析 [M]. 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社 ， 2002：363-369． ［4］王玉琴.如何在 ANSYS 中实现自定义梁截面[J].陕西工学院学报,2003，19(2):68-70．
1 ） 创建截面几何模型 2 ） 对几何面域进行切割 、 分块 3 ） 定义单元类型 plane82 或 mesh200 4 ） 定义网格尺寸 ， 划分网格
网格的好坏和精细程度 ， 对于计算精度有很大影响 。 网格划分过 密 ， 可能导致计算量大 、 时间长 、 迭代不收敛 。 网格过粗 ， 也会导致求解 结果不精确 。 在第 2 ） 步先对几何图形进行细致的切割 ， 这样每一个小 cell ， 一般划分 2-3 个分段即可 。 5） 将划分好网格的截面通过 Preprocessor→Sections→Beam→Custom Sectns→Write From Areas 保存 6）通过 Preprocessor→Sections→Beam→Custom→Sectns→Read Sect Mesh 读入保存好的截面文件 7） 通过 Preprocessor→Sections→Beam→Plot Section 查看截面特性 计算结果 1.2.3 通过定义实常数求解截面几何特性 1 ） 使用 /output 命令 ， 设置输出结果文件 2 ） 定义单元类型为 beam24 单元并设置 keyopt(1)=1 3 ） 输入实常数 ， 即节段信息 形成截面模型时 ， 一般是沿着所定义的节段点向其两边各延伸一 半厚度 ， 所以定义节段点的坐标时 ， 注意考虑这部分 ， 尤其是在折线段 的交点处 ， 否则截面在交 汇 处 不 连 贯 或 者 重 叠 一 小 部 分 ， 从 而 影 响 结 果精确度 。 4 ） 输入材料属性 、 弹性模量 、 泊松比 5 ） 创建梁单元和方向关键点 6 ） 指定单元属性和单元的方向关键点 7 ） 定义网格尺寸 ， 划分网格 8 ） 设置边界条件并加载求解 9 ） 在第 1 ） 步定义的结果文件中查看计算得到的截面特性
0
引言
在结构分析中 ， 内力 、 变形等均与截面几何特性有关 。 实体建模分 析时 ， 截面几何尺寸均为已知 ， 软件会自动计算其特性 ， 但为了提高分 析效率和简化模型 ， 通常会 采 用 简 化 的 梁 单 元 来 求 解 结 构 ， 这 就 需 要 对截面相关几何特性进行指定 。 准确计算各种截面特性并不容易 。 文献 [1] 、[2] 对任意截面几何特 性参数计算方法进行了理论 推 导 ， 并 编 制 了 相 应 程 序 ， 但 需 要 人 工 计 算并手动输入大量基本参数信息 ， 工作量大 ， 易出错 ， 过程复杂 。 工程技术人员只希望快速求得截面几何特性 ， 对计算原理和方法 并不关心 。 因此 ， 运用现有软件计算截面几何特性是工程技术人员的 首 选 。 AUTOCAD 应 用 最 为 广 泛 ， 计 算 方 便 且 精 度 高 ， 能 求 得 截 面 面 积 、 惯性矩 、 质心 ， 但不能求得扭转常数 、 翘曲常数和剪切中心等 。 ANSYS 是通用有限元软件 ， 其本身自带的求解截 面 几 何 特 性 功 能 [3] 和 自 定 义 截 面 功 能 [4]， 和 AUTOCAD 一 样 ， 可 以 求 解 截 面 面 积 、 质 心 、 形心惯性矩 ， 并达到同等精度 。 除此之外 ，ANSYS 的自定义截面功 能， 还可以求得任意截面的剪切中心、 翘曲常数、 扭转常数等 AUTOCAD 不能求解的几何特性 。