ANSYS BEAM44单元详解ANSYS BEAM44单元详解.pdf

BEAM44 3-D 弹性 变截面（Tapered ）非对称 梁 BEAM44 Element Description BEAM44 是一种具有承受拉、压、扭转和弯曲能力的单轴梁。单元每个节点有6个自由度：x、y、z 方向的平移和x、 y、z 轴向的转动。这个单元允许具有不对称的端面结构，并且允许端面节点偏离截面形心位置。如果你并不需要这些 特性那么可以选用均质对称的BEAM4单元。同时也可以选用同类型2D 单元（BEAM54 ）。对于非线性材料，使用 BEAM 188和BEAM 189来代替BEAM44 。 对于剪切变形的作用是可选的。例外一个可选是可显示在单元坐标系下，力作用单元上。同时包括应力强化和大 变形的特性。可以查阅《ANSYS 理论手册》得到关于本单元更详细的说明。 BEAM44 可以使用SECTYPE, SECDATA, SECOFFSET, SECWRITE, and SECREAD 命令来建立任何形状的横截面。但是只有 当没有定义实常数时，上面的定义截面的命令才有效。 44.1 BEAM44 几何模型 BEAM44 输入数据 单元的几何模型、节点位置和坐标系如图44.1所 。单元由参考坐标(x, y, z)和偏移量来定位。这个参考坐 标由I、J 和K 节点或方向角来定义，如图44.1所 。梁的主轴为单元坐标系(x, y, z)中沿X 方向，并经过横截面中 心(C.G.)。 单元的X 轴的方向是指从I 节点（end 1）到J 节点（end 2）。如果只给了两个节点参数，默认(θ = 0°)那单 元Y 轴的方向自动确定为平行于系统坐标系下的X－Y 平面。有关 例见上图。当单元坐标的X 轴平行于整体坐标系 下的Z 轴（包括0.01%的偏差在内），单元Y 轴的方向是平行于总体坐标系下的Y 轴。用户可以通过给定 角或定义 第三个节点的方法来控制单元的方向。如果前面的两个参数同时给定时，则以给定第三点的控制为准。第三点一经给 出就意味着定义了一个由I，J ，K 三点定义的平面且该平面包含了单元坐标的X 与Z 轴。当本单元用于大变形分析时， 那么给定的第三节点（K）或旋转角 （）仅用来确定单元的初始状态。（有关方向节点及单元划分的详细信息参见 《实 体单元分网》及 《ansys 建模与分网指南》。K 节点的只能生成可以查看LMESH 和LATT 命令描述。 用实常数来描述梁的横截面，需要定义面积、面积惯性矩、端点到形心的距离，形心的偏移，和剪切系数。IZ 和 IY 两个惯性矩是在单元主轴的侧面。截面 1 （IX1）的扭转惯性矩如果没有特别说明，那其值就默认为在截面1的极惯 性矩 （IZ1+IY1）。截面2 的转动惯性矩 （IX2,IY2和IZ2），如果空白，就默认为对应截面1的值。单元的扭转刚度随 着IX 的值而减小。 偏移量常数(DX, DY, DZ)由截面中心位置相对节点位置来定义。沿着单元坐标系正向的位置为正。所有截面2 处 实常数（除了中心偏移实常数DX, DY, 和 DZ)如果为0，则都默认为其对应截面 1 处的值。截面1节点的上层厚度（the bottom thicknesses），TKZT1 和 TKYT1，分别默认为截面1节点的下层厚度（the bottom thicknesses），TKZB1 and TKYB1。截面 2节点的上层厚度（the bottom thicknesses），TKZT2 和 TKYT2，也分别默认为截面 2节点的下 层厚度（the bottom thicknesses），TKZB2 and TKYB2。上层厚度为顶点到截面中心的距离，下层厚度为底点到截 面中心的距离。 剪切变形系数 （SHEARZ 和SHEARY）只有在考虑剪切变形时才使用。某个方向上剪切系数为0，一般用在忽略该方 向上的剪切变形。查看剪切变形细节。 如果没有实常数定义，使用SECTYPE 和 SECDATA 命令来分别定义横截面（细节查看 《ANSYS 结构分析指南》中的 梁分析和横截面）。注意使用SECTYPE 和 SECDATA 命令建立的截面可以在同一个模型中被BEAM44, BEAM188, 和 BEAM189中的任何组合使用。截面与单元用截面号(SECNUM)来关联，截面号是独立的单元属性。 KEYOPT (2)允许缩减质量矩阵 （reduced mass matrix）表达 （删除转动方向的自由度）。这个选项有助于改善在 分析细长杆在质量荷载 （mass loading）下计算得到弯曲应力结果。