ANSYS梁单元的理论基础及其选用方法_王青
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则ANSYS中单元类型的选择初学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。
类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。
在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。
1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam)？这个比较容易理解。
杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这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，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：1)、beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。
2)、beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。
3)、beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。
（常规是6个自由度，比如是用于桁架等框架结构，如鸟巢，飞机场的架构）2.对于薄壁结构，是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单元有shell63,shell93。
shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。
ansys中的常用单元与选取原则
（1）在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。
（0）选择维数最低的单元去获得预期的结果（尽量做到能选择点就不选择线，能选择线就不选择平面，能选择平面就不选择壳，能选择壳就不选择三维实体）
（3）对于复杂结构，应当考虑建立两个或更多的不同复杂程度的模型。可以建立简单模型，结构承载状态或采用不同分析选项做实验性探讨。
ansys单元格选取解读
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。
单元类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。
在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。
1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam？这个比较容易理解。
杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这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，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：1beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。
2beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。
3beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。
2.对于薄壁结构，是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单元有shell63,shell93。
shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形,shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。
对于一般的问题，选用shell63就足够了。
除了shell63,shell93之外，还有很多其他的shell单元，譬如shell91,shell131，shell163等等，这些单元有的是用于多层铺层材料的，有的是用于结构显示动力学分析的，一般新手很少涉及到。
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则ANSYS中单元类型的选择初学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。
类型的选择，跟你要解决的问题本身密切相关。
在选择单元类型前，首先你要对问题本身有非常明确的认识，然后，对于每一种单元类型，每个节点有多少个自由度，它包含哪些特性，能够在哪些条件下使用，在ANSYS的帮助文档中都有非常详细的描述，要结合自己的问题，对照帮助文档里面的单元描述来选择恰当的单元类型。
1.该选杆单元（Link）还是梁单元(Beam)？这个比较容易理解。
杆单元只能承受沿着杆件方向的拉力或者压力，杆单元不能承受弯矩，这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，常用的有beam3,beam4,beam188这三种，他们的区别在于：1)、beam3是2D的梁单元，只能解决2维的问题。
2)、beam4是3D的梁单元，可以解决3维的空间梁问题。
3)、beam188是3D梁单元，可以根据需要自定义梁的截面形状。
（常规是6个自由度，比如是用于桁架等框架结构，如鸟巢，飞机场的架构）2.对于薄壁结构，是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单元有shell63,shell93。
shell63是四节点的shell单元(可以退化为三角形)，shell93是带中间节点的四边形shell单元(可以退化为三角形),shell93单元由于带有中间节点，计算精度比shell63更高，但是由于节点数目比shell63多，计算量会增大。
ANSYS梁壳单元及其应用
ANSYS梁壳单元及其应用一梁单元特性及应用梁单元用来建立三维结构的数学上理想化的一维有限元模型，与实体单元和壳单元相比，使用梁单元可以提高求解效率。
ANSYS提供了多种梁单元库以适应不同的需要，其中Beam44为3-D 渐变非对称截面梁，Beam188和Beam189为3-D有限应变梁，ANSYS的梁单元在非线性分析方面具有先进性和鲁棒性的独特优势。
1．3D真实描述梁单元在空间上是一维的线单元，单元特性和截面属性是相互独立的，通过指定截面编号，一维的梁单元就可以描述真实的三维空间结构，并且ANSYS可以以三维的形式显示分析结果。
ANSYS提供了11种常用的截面形状，并允许用户定制截面形状，用户可以利用二维建模的方式创建新截面，并可以把定制的截面形状保存在截面形状库中。
2．变截面梁ANSYS允许定义任意截面形状，允许单元的每一端具有不同的不对称几何形状，并允许其端节点从梁的中心轴偏移。
3．梁单元的预应力ANSYS的梁单元可以考虑预应力产生的应力刚化效应。
所谓应力刚化效应对于梁单元来说就是轴向应力引起的垂直轴向的刚度变化。
4．复合材料截面ANSYS可以定义任意几何形状由多个各向同性材料组成的横截面，可以用来模拟层状复合材料梁，长纤维增强复合材料梁和传感器等。
（图2）5．考虑剪切变形和翘曲的影响ANSYS的梁单元基于铁木辛柯梁理论，在平面假设的基础上可以考虑剪切变形的影响。
ANSYS的梁单元还可以考虑非圆截面梁扭转时产生的翘曲影响，这时每个端节点有7个自由度，包括3个平动，3个转动和一个翘曲自由度。
Shell188和Shell189单元不仅能模拟直梁的弯曲剪切响应，而且能模拟横向—扭转屈曲行为（特征屈曲和非线性崩塌）（图3）。
6．支持非线性材料本构模型ANSYS的梁单元支持弹性（线弹性和非线性弹性），塑性和蠕变等材料本构模型。
二壳单元特性及应用壳单元用来创建三维结构的二维理想化模型，用壳单元模拟壳状结构比用实体单元具有更高的计算效率。
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 BEAM3/42.2D plastic BEAM233.2D/3D offset tapered,unsymmetric BEAM54/444.3D 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中的梁单元
ANSYS中的梁单元ANSYS中的梁单元2010-03-21 20:18:01| 分类：Ansys | 标签：|举报|字号大中小订阅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。
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。
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。
ANSYS中单元类型介绍和单元的选择原则
ANＳYS中单元类型介绍与单元得选择原则ANSYS中单元类型得选择初学AＮＳＹS得人,通常会被ANSYＳ所提供得众多纷繁复杂得单元类型弄花了眼,如何选择正确得单元类型,也就是新手学习时很头疼得问题。
类型得选择,跟您要解决得问题本身密切相关。
在选择单元类型前,首先您要对问题本身有非常明确得认识,然后,对于每一种单元类型,每个节点有多少个自由度,它包含哪些特性,能够在哪些条件下使用,在AＮSYS得帮助文档中都有非常详细得描述,要结合自己得问题,对照帮助文档里面得单元描述来选择恰当得单元类型。
1。
该选杆单元(Liｎk)还就是梁单元(Beaｍ)？这个比较容易理解。
杆单元只能承受沿着杆件方向得拉力或者压力,杆单元不能承受弯矩,这就是杆单元得基本特点。
梁单元则既可以承受拉,压,还可以承受弯矩。
如果您得结构中要承受弯矩,肯定不能选杆单元。
对于梁单元,常用得有beａｍ3,ｂeam4,bｅａm１88这三种,她们得区别在于:1)、ｂeａm3就是2D得梁单元,只能解决2维得问题。
2)、beam4就是3D得梁单元,可以解决3维得空间梁问题。
3)、beam1８８就是3D梁单元,可以根据需要自定义梁得截面形状。
(常规就是6个自由度,比如就是用于桁架等框架结构,如鸟巢,飞机场得架构)2。
对于薄壁结构,就是选实体单元还就是壳单元？对于薄壁结构,最好就是选用shelｌ单元,ｓhｅlｌ单元可以减少计算量,如果您非要用实体单元,也就是可以得,但就是这样计算量就大大增加了。
而且,如果选实体单元,薄壁结构承受弯矩得时候,如果在厚度方向得单元层数太少,有时候计算结果误差比较大,反而不如sｈell单元计算准确。
实际工程中常用得sheｌl单元有ｓhell6３,ｓheｌｌ93。
sheｌl63就是四节点得ｓhelｌ单元(可以退化为三角形),shelｌ93就是带中间节点得四边形sｈｅｌl单元(可以退化为三角形),sｈelｌ9３单元由于带有中间节点,计算精度比ｓhell６３更高,但就是由于节点数目比sｈelｌ6３多,计算量会增大。
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- 12 - 6l 12
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6l (4 +c)l k e = EI 3 (1 +c)l - 12 - 6l 6l (2 - c)l
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2 ANSYS 梁单元
ANSYS 中共有前面介绍的 8 种梁单元(显式动 力分析单元 beam161 除外), 按理论基础的不同分为 两类 . 基于 EulerBerno ulli 梁理论的单元有如下一些 特点 : (1)单元形函数为 Hermi te 多项 式 , 属于 C1 型 单元 , 挠度是三次函数 ; (2)不考虑横截面剪切变形 ; (3)扭转时截面不发生翘曲 ; (4)主要用于弹性分析 , 当然部分单元(beam 23 / 24)具有有限的材料非线性分析能力 ; (5)单元的前后处理功能弱(除 beam44). 而基于 T im oshenko 梁理论的 beam 188 / 189 单 元则有如下特点 : (1)单元形函数为拉格朗日插值多项式 , 属于 C0 型单元 , 具有线性或二次的位移函数 ;
(2)考虑横截面剪切变形 ; (3)可以考虑截面的翘曲变形 ; (4)可用于分析线性 、大转动或非线性大应变问 题 , 具备分析弯曲的 、 横向的或扭向的稳定问题的能 力 , 支持弹性 、 粘弹 、 粘塑 、 蠕变和塑性模型 , 横截面允 许使用多种材料属性 ; (5)单元前 、 后处理功能强大 . 从以上介绍可见 , beam188 /189 单元功能强大 , 综合考虑了梁单元中需要考虑的各种特性 , 似乎在梁 柱分析中只要选这二种单元即可. 事实则不然 , 下面 结合实例从多个方面对 ANS YS 的这两类单元进行 比较 , 并得到一些有意义的结论. 2. 1 剪切变形的影响 经典梁单元不考虑剪切变形的影响 , 因而主要适 用于分析细长梁 , 这一点通过按前文第一种方案引入 剪切变形前后梁单元刚度矩阵的变化就可看出. 一般 的平面梁单元矩阵如式 (1)所示 , 而考虑剪切变形后 单元矩阵变为式(2), 可见剪切变形的影响通过系数 c 反映 , 它使梁的刚度削弱 . 12 6l 6l 4l k e = EI 3 l - 12 - 6 l 6l 12 2 l2 6l
收稿日期 : 200505 10 作者简介 : 王 青(1976 - ), 女 , 讲师 , 硕士 .
1 梁理论
理论可大大减少变量数目 , 简化计算工作量 , 一般情
第 27 卷 第 4 期 王 青等 AN SYS 梁单元的理论基础及其选用方法
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况下也能得到满意的结果 , 因此在实际中得到广泛应 用. ANS YS 中的弹性梁单元 beam3 /4 、塑性梁 单元 beam23 、非均匀变截面梁单元 beam54 / 44 及薄壁塑 性梁单元 beam 24 都是基于这一理论开发的 . EulerBernoulli 梁理论没有考虑 横向剪切 变形 的影响 , 而对于短而粗的梁 , 这个影响显然不应被忽 略 , T imoshenko 梁理论正是针对这一问题而提出的. 该理论仍然保留了前面的基本假定 (1), 即平截面假 定 , 但认为梁变形后由于横向剪力所产生的剪切变形 引起梁的附加挠度 , 使原来垂直于中面的截面变形后 不再与其垂直. 值得一提的是 , 假定(1) 的存在实际上 暗含了剪应力和剪应变在截面上均匀分布的假设 , 这 与截面实际的剪应力及剪应变分布显然不相符 , 因此 通常的做法是引入不均匀程度校正因子 l 加以修正. 不同的学者针对各种梁截面形状提出了多种修正方 案 , 其中文献[ 3] 讨论得较为全面 , 如对矩形截面梁取 λ = (12 + 11ν ) /10(1 + ν ), 其中 ν 为材料的泊松比. 在 梁单元中引入剪切变形影响的方案有两种 : 一种是在 经典梁单元的基础上引入剪切变形 ; 另一种是建立挠 度和截面转角各自独立插值的梁单元 , 有关理论推导 详见文献[ 4] . 虽然这两种方案都是基于 T im oshenko 梁理论的 , 但人们常常习惯于把后一种方案建立的梁 单元称为 T im oshenko 梁单元. 在 A NS YS 中前面介 绍的 6 种 梁 单 元 (beam 3 /4 、 beam23 、 beam54 / 44 、 beam24)都可用定义实常数的方法按第 一种方案考 虑剪切变形的影响 , 而直接应 用方案二开发的 则是 beam188 /189 单元.
(2) 式中 , l 为梁长 ; E 为弹性模量 ; I 为 截面惯性矩 ; c= 12 E I λ G 为剪切模量 ; A为 2 , 为不均匀程度校正因子 ; GAl 横截面面积. 以矩 形截 面 梁为 例 , 设 泊松 比 ν 为 0 , 按前 述 E E Cow per 的公式取 1. 2 , 因 G = = , 则有 c = 2(1 + ν ) 2 12 h2 . 所以 , 当 h l 时 , c → 0 , 剪切变形的影响可以忽 5 l2 略不计. 一般而言当梁的断面尺寸达到梁长的 1 /5 时 应考虑剪切影响[ 5] , 但对于一般的工程梁分析这种影 响往往可以忽略 , 一则计算精度可满足要求 , 二则为 了加快求解速度. 当不能忽略剪切变形时 , 如果采用经典梁单元可 通过定义实常数“ SH EA RY (Z) ” (即不均匀程度校 正因子)的值来进行分析. 而 beam188 / 189 单元是按 考虑剪切变形推导得出的 , 其分析结果中必定包含了 这种影响 .
第 27 卷 第 4 期 2005 年 8 月
三峡 大学学报(自然科学版) J of China T hree Go rg es U niv. (N atural Sciences)
V ol . 27 N o. 4 A ug . 2005 青1 徐 港2
( 1. 三峡大学 土木水电学院 , 湖北 宜昌 443002 ; 2. 华中科技大学 土木与力学学院 , 武汉 430074) 摘要 : 介绍了梁理论的基本内容 、基本假定和应用范围 , 以 ANSYS 有限元分析软件提供的各种梁 单元为具体分析对象 , 对其理论基础 、使用条件进行了充分论述. 以某一具体工程为例 , 对不同单 元形式在求解精度 、 求解耗时及分析结果完整性等方面的差异进行了分析比较 , 深入讨论了造成 这些差异的具体原因 , 并由此归纳出用 A NS YS 进行梁柱体系分析时单元选用的一般方法和原则 . 关键词 : ANSYS ; 梁单元 ; 梁理论 ; 有限元分析 中图分类号 : T U31 文献标识码 : A 文章编号 : 1672 948X(2005)04033605
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三 峡 大 学 学 报(自 然 科 学 版) 2005 年 8 月
虽然两类单元均以不同方式考虑了剪切变形 , 但 在结果输出等方面还是有一定差别 , 用 beam 188 / 189 分析得到的数据更为丰富一些 , 如 : 用该类单元可得 到横截面上的剪应力及剪应变 , 可显示截面剪应力的 分布图 , 而用经典梁单元定义实常数的方法却不能得 到(beam44 可 得 到 截 面的 平 均 剪 应 力 ) . 另外 , 用 beam188 / 189 分析时不仅有多种截面形式可供选择 , 还支持自定义截面 , 且只需输入截面高 、宽等少量几 何参数 , 其它如截面积 , 惯性矩等均会自动求得 ; 而经 典梁单元(除 beam44 外 )无论实际的截 面形式为何 种类型 , 均需等效成矩形截面输入 , 且不仅要输入截 面高 、宽等基本尺寸 , 还必须输入截面积 、 对各轴的截 面惯性矩等其它参数. 需要指出的是 , 这些变量彼此 独立 , 高 、 宽值的输入只是为单元实体的显示服务 , 而 面积 、惯性矩并不会根据高 、宽值来计算或校准 , 当 然 , 面积和惯性矩也是相互独立的 , 这些实常数定义 的只是一种抽象的矩形截面 . 所以 , 当分析者关心的 是“ I” 等异型 梁的 截面 应力 分布 情况时 , 只 能选 择 beam188 /189 , 因为它们不仅能准确地给出截面形状 还可给出截面上积分点的应力值. 值得说明的是 , 即使基于 T im oshenko 梁理论分 析梁柱受力也是有限制条件的 . 因为从弹性力学观点 看来 , 它仍然是一种近似理论 , 主要的缺点有 : (1)同 - 剖面上各点 y 轴方向的位移并不是常数 , 而这里假 定它是常数 ; ( 2)剖面在变形后实际上并不再保持为 平面 , 而这里假定它继续为一平面 ; (3) 截面上剪应力 与剪应变并不是均匀分布而这里却假定其均匀分布. 正是这些假设和实际情况的差别给分析结果带来了 一定的误差 , 尤其对高跨比特别大的深梁. 下面以一 具体算例说明这一问题. 如图 1 , 设有一简支梁跨度为 l , 弹性模量为 E , 截面惯性矩为 I , 泊松比为 ν , 跨中作 用一集中 荷载 P , 分别按不考虑剪切变形 , 考虑剪切变 形及弹性力 学方法求该梁跨中的挠度 .
Theoretical Basis of Beam Elements in ANSYS and Application
Wang Qing Xu Gang
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(1. Co lleg e of Civil &Hy dro pow er Enginee ring , Chi na T hree Gorges Univ. , Yichang 443002 , Chi na ; 2. Co llege of Civil Engineering & Mechanics , H UST , Wuhan 430074 , China) Abstract T he principles , basic assumptions and applicabili ties of beam t heo ry are int roduced. T he theoretical basi s and applicable condit ion of beam element s in ANSYS are discussed in det ai l. T aking a project f or ex ample , t he diff erent beam element s in solut ion accuracy , t ime co nsum pt ion and result o utput are co mpared. T he specific reasons of t heir diversi ties are discussed deeply . T he universal met ho ds and principles o f element selectio n are draw n f or the analy sis of beamcolumn members in ANSYS. Keywords ANS YS ; beam element s ; beam theory ; fi nit e element analy sis 梁单元是用有限元法进行梁柱体系分析时最常 采用的单元 , 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 性 , 应该引起使用者的高度重视. 目前 , ANSYS 软件已经成为土木建筑行业 CA E 仿真分析软件的主流 , 为土木工程师提供了功能强大 且方便易用的分析手段[ 1] . 轴线方向)尺寸大得多的构件. 梁柱杆件是指同时承 受弯矩(或横向力)和轴力作用的构件 , 其中以承受弯 矩为主的构件称为梁 , 而以承受轴向压力为主的构件 称为柱. 所以 , 梁 、柱受力分析的理论基础是相同的 , 均基于梁理论 . 梁理论一般分为 Eule rBernoulli 梁理 论和 T im oshenko 梁理论两种 , 其中 Eule rBernoulli 梁理论即经典梁理论 (也称工程梁理论)建立在如下 假定的基础上 : (1)变形前垂直于梁中心线的平截面 , 在梁受载荷而弯曲变形时仍然保持为平面 ; (2)变形 后的横截面仍垂直于中性层 ; (3)横截面上没有任何 伸长或缩短 , 即这些平面为刚性平面 . 在满足这些条 件时 , 梁的弯曲变形可通过梁中心线的变形表示 , 相 当于可用一条空间曲线来代表一根梁[ 2] . 应用这种梁 杆件是指轴线(长度方向)尺寸远比横向(垂自于