使用ANSYS计算截面特性
ANSYS程序变截面梁与耦合自由度的应用
一、前言变截面梁，即两端截面不同的梁。
在工程中通常将梁受力吃紧的一端采用较大的截面，另一端采用较小的截面，以实现等强度设计，节省原材料。
这种变截面梁生活中普遍存在，远至古代娶亲用的花轿轿杆、农村大车车辕，直至当今建筑钢结构中各种采光大蓬横梁（包括弯曲横梁）、各种连杆摇臂结构等。
特别是悬臂梁几乎处处可见，就连输电用的水泥电杆也做成根粗尖细的。
由于这种变截面梁在工程中普遍存在，在ANSYS程序结构分析中，专门设置了变截面梁单元的功能，使用起来特别方便。
具体操作过程在下面的实例分析中详细介绍。
自由度耦合即构件连接处两个节点的自由度（包括移动自由度和转动自由度）变化是一致的，主节点如何变化，从节点随着同样变化。
自由度耦合在静力分析时常用在连接件上，特别用在具有转动的连接件上。
例如：汽车挂挡手柄连接端的球铰，各种销钉与耳环的连接，各种转盘与转轴的连接等。
自由度耦合的概念与自由度释放的概念正好相反。
在ANSYS程序中没有自由度释放功能，只有自由度耦合功能，但用自由度耦合功能完全可以达到自由度释放的目的。
这种功能具体操作过程，也在下面的实例分析中详细介绍。
二、雨蓬计算分析该雨蓬结构是由11根变截面工字钢梁、1根等截面工字钢梁、3根圆管钢梁、1根槽钢梁和6根拉杆钢组成。
其结构如下：图1雨蓬结构1．原始数据（1）坐标数据关键点号XYZ100020063003045000 （第一拉杆上端点）40-10000 （变截面梁Z轴方向）5010000 （第一排工字钢Z轴方向）60-10006300（第六排槽钢Z轴方向）（2）材料数据主钢梁变截面工字钢：大端300×150×8×6小端150×150×8×6第一横梁工字钢：150×100×8×6第二、第三、第四横梁圆管钢：Φ102×4 Ri=47 R0=51第五横梁槽钢：160×80×8×6拉杆：Φ102×4A=1231.5 =0.0001(3) 载荷由玻璃均布载荷计算而得:中间节点: F=5560N边节点: F=2780N角节点: F=1690N(4) 单元梁单元: BEAM188杆单元: LINK8(5) 边界条件主梁固定于墙上:位移和转角全约束；拉杆与主梁连接: 位移耦合,转角自由；拉杆与墙连接: 位移约束, 转角自由。
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计算结果无难事，APDL经典命令让你的模型舞起来
ANSYS计算结果无难事，APDL经典命令让你的模型舞起来1、让你的ANSYS模型'舞'起来ANSYS计算结果的动画可采用ANTIME、ANMODE、ANCNTR、ANHARM等自动生成动画(AVI格式)，使结果展示更加生动直观，相信使用ANSYS的都会制作。
然而，几何模型或有限元模型则无动画显示功能，有时为展示模型本身，会从多个角度截取图片。
那么，模型能否也可制作动画呢？答案是肯定的。
利用ANSYS的图形存储命令/SEG可以实现此功能，让你的模型动起来。
具体过程详见命令流中及其注释，动画上传总是失败，自己生成不要观看吧。
Finish$/clear$/prep7!简单的创建几何模型以减少篇幅blc4,0,0,4,2,5cyl4,2,4,1,,2,,4!关闭图例信息/plopts,info,off!以下开始制作模型动画!删除当前储存的图形/seg,dele/seg,multi,jhdh,1 !独立存储且不覆盖，文件名为jhdh/auto,1 !自动计算与图形区合适显示方式!正视/view,1,0,0,1$vplot!侧视/view,1,1$vplot!俯视/view,1,,1$vplot!D视图/view,1,1,1,1$vplot!循环36次，每次改变10度视角*do,i,1,36$/ang,1,10,ys,1$/replot$*enddo!关闭图形存储操作，保存为jhdh.avi文件/seg,off$/anfile,save,jhdh,avi其实比较简单，一旦进入模型动画制作过程，所有的xPLOT(x=KLAVNE)绘制的图形都将进入动画序列，按显示过程形成一部连续的动画。
2、用一个命令解决ANSYS数据列表分页早年初学ANSYS时，经常用到xLIST(如NLIST、ELIST、KLIST、LLIST、ALIST、VLIST等命令)和PRxSOL（如PRNSOL、PRESOL、PRRSOL、PRETAB、PRPATH）等列表命令，并希望将这些内容保存到TXT文件中，然后再导入EXCEL中处理。
Midas截面特性计算器的使用详细说明
midas允许用户自定义截面形式，不管那种形式的截面，都要先绘制然后在section的generate 里面用plane形式或line形式进行截面特性的计算。
绘制截面前事先根据单位和截面大小设置grid size大小，auto fit选择开，这点非常重要，有时需要关闭坐标系和线宽的显示。
方式一1. point绘制,在point设定起始点，让后tanslate里面的copy,connect by line这样可以实现线的绘制. 2. 绘制完成截面后使用而且必须使用section的generate里面用plane形式完成截面网格划分和特性的计算.注意：此时线宽width是无效的方式二：1.curve方式绘制在line里绘制，用线宽选项生成有宽度的线条，程序根据这个宽度计算截面特性,对于薄壁截面几乎可以准确计算其抗扭刚度，所以不是薄壁界面的闭合截面，应尽量不使用line 方式计算其特性.2. 绘制完成截面后使用而且必须使用section的generate里面用plane形式完成截面网格划分和特性的计算.注意：此时线宽width是必须的.使用镜像功能时，可能要指定其对齐方式，此时需要用到model，curve里面的change width。
curve方式绘制的截面必须闭合，(model---curve--closed loop--regester),选择要闭合的线条（此时可能要关闭线宽显示以方便选中该线）之后才能进行section--line方式生成截面。
注：1. SPC可以在一个窗口里任意的建立很多个截面，使用钝化、和激活可以分别绘制不同截面，并分别进行分析，且可根据名称、位置、截面特性值等可以很方便地对截面进行搜索及排列。
2. AutoCAD DXF 文件在SPC里建立的截面形状可以输出DXF格式的文件。
在截面的形心位置会自动生成点。
3. 欲将AutoCAD DXF 文件正常的导入（Import），DXF的截面必须是在x-y平面内，也就是说所有点的坐标在z轴上的值必须都为0。
ansys apdl l型梁截面类型
一、概述ANSYS APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种强大的有限元分析软件，常用于工程领域进行结构、流体、热力、电磁等多物理场耦合分析。
在结构分析中，L型梁截面类型是一种常见的横截面形状，具有较好的承载能力和刚度。
本文将讨论在ANSYS APDL中如何使用L型梁截面类型进行结构分析。
二、L型梁截面类型的定义1. L型梁截面的特点L型梁截面通常由一块主梁和一块翼板组成，形状类似英文字母“L”。
主梁的截面通常为矩形或者工字形，翼板则位于主梁的一侧，用于增加截面面积和提高截面的抗弯能力。
L型梁截面在工程实践中被广泛应用，例如建筑结构、桥梁、机械设备等领域。
2. L型梁截面类型的参数在ANSYS APDL中，可以通过定义L型梁截面类型的参数来描述其几何形状和材料性质。
常见的参数包括主梁的宽度和高度、翼板的宽度和高度、横向剪切连接的刚度等。
这些参数将直接影响到L型梁截面的受力性能，因此在进行结构分析时需要对其进行合理的设定。
三、在ANSYS APDL中创建L型梁截面类型1. 参数化定义在ANSYS APDL中，可以通过PARAM命令来定义L型梁截面类型的参数。
通过参数化定义，可以方便地对梁截面进行调整，使其适应不同的工程需求。
可以定义主梁的宽度为W，高度为H，翼板的宽度为B，高度为D，从而形成一个L型梁截面类型的参数化模型。
2. 几何建模通过ANSYS APDL的几何建模功能，可以根据上述参数化定义创建具体的L型梁截面模型。
可以采用命令行方式进行建模，也可以通过预定义的几何图形进行快速建模。
在建模过程中，需要注意模型的对称性和材料性质的设置，以保证分析结果的准确性。
3. 材料属性定义在进行结构分析之前，需要对L型梁截面的材料属性进行定义。
可以通过MATERIAL命令来指定材料类型、弹性模量、泊松比、屈服强度等参数。
这些材料属性将直接影响到梁截面的受力性能，因此需要根据实际情况进行合理的设定。
ansys提出刚度和质量矩阵
一、连续钢梁的刚度和质最矩阵弹性模量：EX=2.0x 10n Pa 泊松比：PRXY=0.3 密度：DENS=7811Kg/m3 截面特性如右图。
AN SYS命令流：/FILNAM.BEAM MASS AND KNIFF ANALYSIS/TITLE, BEAM MASS AND KNIFF ANALYSIS/PREP7EI1BEAM3MBEX470E11MRNUXYX0.3MRDENS 丄7800SECTYPE,1,BEAM」,,3SECO 阡SET.CENTSECDATAO150・：15,030・02O02,0・(HO0O0 K10O0K210O0一、框架的刚度和质呈:矩阵的提取模型采用右图的集中质屋模型，Ml=2762Kg ,M2=2760Kg, M3=2300Kg,层间刚度分别为：248500、192100. 152200命令流如下:finish/clear/prep7 et4z combinl4keyopt,1,2,1 !—维弹簧单元（Ux平动）et2mass21 keyopt,2,3/2 !3・D mass没有转动惯最0,1041-1）*3,0 *enddo!质最常数r z2,2762r,3,276054,2300type,2*do,i,2,4,lrealje,i*enddo!层间刚度^12,248500G1*******G14J52200 type」•doj,134 realjl+i eJJ+1 *enddo 哟束nselsnode,24JL d，all,uz，0d,all,uy,0 allsel d,l,all,0 /solu antype z7 seoptsubmatB m,all z all solve selistsubmat.B使用该命令流町以得到结构的刚度矩阵和质最矩阵结果: 刚度矩阵：440600. 00 -192100. 000. 0000000 质量矩阵：2762. 00000. 00000000. 0000000•192100.00344300. 00-152200.000. 0000000-152200. 00152200. 000.00000002760. 00000.00000000.00000000.00000002300. 0000imIT12mik-ki附件1：（运行ANSYS命令的输出结果，最后面是刚度和质最矩阵）PRINT CONTENTS OF SUPERELEMENT submatPRINT OPTION = 3HEADER =8 3 2 3 34 0 4 3 01 1 0 0 10 0 1 12 11550 1101 166 103 submat 1078 0922 928 946 953 976982 1027 1072 0 934940 106004406 0 0 30 0419 0 0 0 00 0 0 0HEADER SUMMARY:NUMBER OF ROWS = 3NUMBER OF MATRICES = 2NUMBER OF EDGE PLOT LINES = 3NUMBER OF DEGREES OF FREEDOM PER NODE = 3NUMBER OE DEGREE OF FREEDOM INDICES = 4NUMBER OF NODES = 3NUMBER OF LOAD VECTORS = 1NUMBER OE TRANSFORMATIONS = 0BASE FILE NAME二submatMAXIMUM STIFFNESS二0. 44060E+06DEGREES OF FREEDOM PER NODE =DEGREES OF FREEDOM PER NODE LABELS =UX UY UZDEGREES OF FREEDOM AS GENERATED =4 7 10REORDERED DOF POSITIONSORIGINAL DOF ORDER =DEGREE OF FREEDOM INDICES =1 2 3 4 TITLE =NODES =23 4NODE X Y THXZ2 0. 0000 3. 0000 0. 00003 0. 0000 6. 0000 0. 00004 0. 0000 9. 0000 0. 0000EDGE PLOT DATA 二EDGE XI Y1Z21 0. 0000 0. 0000 0. 00002 0. 0000 3. 0000 0. 00003 0. 0000 6. 0000 0. 0000GLOBAL DOF SET 二33 65 97GLOBAL DOF SET NODES, LABELS2 UX3 UX4 7 10MASS INFORMATION:Z THXY THYZ 0. 0000 0. 0000 0. 0000 0. 0000 0. 0000 0. 0000 0. 0000 0. 0000 0. 0000Z1 X2 Y20. 0000 0. 0000 3. 0000 0. 0000 0. 0000 6. 0000 0. 0000 0. 0000 9. 00004 UXTOTAL MASS = 7822.0CENTROID (X,Y,Z) = 0. 0000 5. 8228 MOMENT OE INTERTIA ABOUT ORIGIN:IXX = 0.31052E+06 IYY = 0. 0000IXY = 0.0000 IYZ = 0.0000 0. 00001ZZ = 0.31052E+06 IZX = 0. 0000RON 1 MATRIX440600. 00 -192100. 00 0. 0000000ROW 1 MATRIX 22762. 0000 0. 0000000 0. 0000000ROW 2 MATRIX 1-192100. 00 344300. 00 -152200. 00ROW 2 MATRIX 20. 0000000 2760. 0000 0. 0000000ROW 3 MATRIX 10. 0000000 -152200. 00 152200. 00ROW 3 MATRIX 20. 0000000 0. 0000000 2300. 0000LOAD VECTOR 10. 0000000 0. 0000000 0. 0000000。
ansys提出刚度和质量矩阵
2762.0000 0.0000000 0.0000000
附件 1：（运行 ANSYS 命令的输出结果，最后面是刚度和质量矩阵） PRINT CONTENTS OF SUPERELEMENT submat PRINT OPTION = 3 HEADER = 8 4 1 0 0 at 922 982 940 0 419 0 3 0 1 0 1101 1078 928 1027 106004406 0 0 2 4 0 1 166 0 946 1072 0 0 0 3 3 0 12 103 953 0 0 0 0 3 0 1 1155 subm 976 934 3 0 0
一、连续钢梁的刚度和质量矩阵 弹性模量：EX=2.0× 1011 Pa 泊松比：PRXY=0.3 密度：DENS=7811Kg/m3 截面特性如右图。 ANSYS 命令流： /FILNAM,BEAM MASS AND KNIFF ANALYSIS /TITLE, BEAM MASS AND KNIFF ANALYSIS /PREP7 ET,1,BEAM3 MP,EX,1,2.0E11 MP,NUXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 SECTYPE,1,BEAM,I,,3 SECOFFSET,CENT SECDATA,0.15,0.15,0.3,0.02,0.02,0.01,0,0,0,0 K,1,0,0,0 K,2,10,0,0
GLOBAL DOF SET = 33 65 97 GLOBAL DOF SET NODES, LABELS = 2 UX 3 UX MASS INFORMATION: TOTAL MASS = 7822.0 CENTROID (X,Y,Z) = 0.0000 5.8228 MOMENT OF INTERTIA ABOUT ORIGIN: IXX = 0.31052E+06 IYY = 0.0000 IXY = 0.0000 IYZ = 0.0000 ROW 1 MATRIX 1
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。
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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。
/prep7
et,1,plane82
H=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*S
k,3,-9.85,H-9.85*S
k,4,-12.15,H-12.15*S
k,5,-15,H-15*S
k,6,-15,H-15*S-0.15
k,7,-12.15,H-12.15*S-0.45
K,8,-12.15,0
k,9,-9.85,0
k,10,-9.85,H-9.85*S-0.6
k,11,-7.85,H-7.85*S-0.25
k,12,0,H-0.25
ksymm,x,2,11,1,100
A,5,6,7,8,9,10,11,12,111,110,109,108,107,106,105,104,103,102,1,2,3,4,5 Aplot
finish
smrtsize,5
amesh,all
secwrite,jm2,sect,,1
sectype,2,beam,mesh
secoffset,cent,,,
secread,'jm2','sect','',mesh
secplot,1,1
正在打开AutoCAD 2004 格式的文件。
正在重生成模型。
EBGSoft 菜单实用程序已加载。
AutoCAD 菜单实用程序已加载。
命令: 指定对角点:
命令:
命令:
命令: _massprop
选择对象: 指定对角点: 找到4 个
选择对象:
---------------- 面域----------------
面积: 399777.0104
周长: 6975.8122
边界框: X: 6609.4961 -- 7609.4961
Y: 349.5665 -- 1169.5665
质心: X: 7109.4961
Y: 750.4073
惯性矩: X: 2.5922E+11
Y: 2.0247E+13
惯性积: XY: 2.1328E+12
旋转半径: X: 805.2357
Y: 7116.5105
主力矩与质心的X-Y 方向:
I: 34098361598.5866 沿[1.0000 0.0000]
J: 39892281786.3555 沿[0.0000 1.0000]。