ANSYS梁单元的选择
第05讲-有限元分析方法及桥梁常用单元类型、单元选择
荷载
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连 接，并承受一定荷载。
May,25,2005
湖南大学·土木·桥梁
5-8
节点和单元 (续)
每个单元的特性是通过一些线性方程式来描述的。 作为一个整体，单元形成了整体结构的数学模型。 尽管梯子的有限元模型低于100个方程（即“自由度”），然而 在今天一个小的 ANSYS分析就可能有成千上万个未知量，矩阵可 能有上亿个刚度系数。
May,25,2005
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PART D: Mass系列
May,25,2005
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5-22
Mass21单元
• • • Mass21为点单元类型，具有大变形、单元生死功能。 每个节点具有X、Y、Z三个线位移及转角六个自由度。 可在每个坐标系方向分别定义不同质量或转动惯量。
may252005湖南大学土木桥梁514partansys的单元类型may252005湖南大学土木桥梁515ansys的单元种类常用单元的形状质量线弹簧梁杆间隙二维实体轴对称实体线性二次体三维实体线性二次may252005湖南大学土木桥梁516ansys的单元种类续在单元手册资料或在线帮助中ansys单元库有100多种单元类型分别适用不同的分析领域其中许多单元具有好几种可选择特性来胜任不同的功能
• • 在结构分析中，结构的应力状态决定单元类型的选择。 单元在ANSYS当中是作为一个最基本的功能组成部分，除了普通的单元以外， 接触、自由度耦合、预应力等大量功能也是基于单元而设立的。 ANSYS为了保证其程序的通用性和可扩展性，对一些新功能以增加新单元的 形式加以引入（16x系列单元族）。 使用单元前，应仔细阅读帮助文件中关于单元使用方法和理论的相关章节。
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结构单元类型
ANSYS结构单元类型主要是用来模拟各种材料和结构的动力学行为，以下是一些常见
的ANSYS结构单元类型：
1.杆单元：如LINK1，主要用于模拟桁架结构和弹簧。
2.梁单元：如BEAM3和BEAM4，主要用于模拟框架结构和薄壁管件。
3.管单元：如PIPE16和PIPE17，主要用于模拟管道和T形管。
4.壳单元：如SHELL181，用于模拟壳结构和接触行为。
5.实体单元：如SOLID185，用于模拟三维实体结构。
除此之外，ANSYS还提供了其他一些特殊单元类型，例如接触单元（CONTAC52）等，用于模拟特定的结构或物理现象。
需要注意的是，不同的结构单元类型具有不同的自由度和适用范围，选择合适的结构
单元类型是进行有限元分析的关键步骤之一。
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。
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：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。
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。
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教程——梁
– 或 使用SFBEAM 命令
– 重力或离心力 • 作用在整个结构上
January 30, 2001 Inventory #001443 5-17
梁
... 加载, 求解，结果
• 获取解答:
– 先保存数据库文件.
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INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
梁
C. 加载, 求解， 结果
• 梁的典型加载包括:
– 位移约束
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INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
• 施加在节点或关键点上
– 力 • 施加在节点或关键点上 – 压力 • 施加在单位长度上 • 施加在单元表面上 • Solution > Apply > Pressures > On Beams
梁
B. 梁网格划分
• 用梁单元对几何模型做网格划分包括三个主要步骤:
– 指定线的属性
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
– 指定线分隔
– 划分网格
•
MeshTool 提供了上述三个步骤的便利操作
January 30, 2001 Inventory #001443 5-9
横截面 • 对 BEAM188 和 189单元的完整定义包括对横 截面属性的定义。 • BeamTool提供了方便的操作.
– Preprocessor > Sections > Common Sectns...
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INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
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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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。