abaqus第四讲：应用梁单元ppt课件

1、 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司 第四讲 运用梁单元 王慎平 北京怡格明思工程技术 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司运用梁单元可以模拟的构造运用梁单元可以模拟的构造: 构造一个方向的尺度长度是明显地大于其它两个方向的尺度，并且沿长度方向的应力是最重要的 . 为了运用梁实际产生可接受的结果，横截面的尺度必需小于构造典型轴向尺度的1/10。 典型轴向尺度的例子：支承点之间的间隔;横截面发生显著变化部分之间的间隔;所关注的最高阶振型的波长。一个假设: ABAQUS梁单元的假设是在变形中垂直于

2、梁轴线的平截面坚持为平面。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司一、横截面几何外形一、横截面几何外形l从ABAQUS提供的横截面库中选择和指定梁横截面的外形和尺度；l运用截面工程性质来定义一个普通性的梁轮廓，诸如面积和惯性矩；l利用特殊二维单元的网格，由数值计算得到它的几何量，称为划分网格的梁横截面。ABAQUS中梁横截面几何外形的定义方法：中梁横截面几何外形的定义方法： Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司ABAQUS中常用的横截面外形：中常用的横截面外形： 当梁的轮廓与梁的截面特性相关时，可

3、以指定或者是在分析过程中计算截面的工程性质，或者是让ABAQUS预先计算它们在分析开场时。 选择前者可以运用于线性或者非线性的资料行为例如，截面刚度因非弹性屈服而改动；选择后者虽然是计算效率高，但是只适用于线弹性资料行为。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司截面点：截面点： l 当运用在ABAQUS横截面库的建立梁轮廓的方式来定义梁横截面，并要求在分析过程中计算横截面的工程性质时，在经过分布于梁横截面上的一组截面点上，ABAQUS计算梁单元的呼应。 对于矩形横截面，一切的截面点如下图。对于该横截面，在点1、5、21和25上提供了默许的输出。在

4、图中所示的梁单元中总共运用了50个截面点两个积分点，每个积分点上有25个截面点来计算刚度。l当要求在分析前计算梁截面的性质时，ABAQUS就不在截面点上计算梁的呼应，而是运用截面的工程性质确定截面的呼应。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司 横截面方向横截面方向 ： 用户必需在整体笛卡儿空间中定义梁横截面的方向。从单元的第一节点到下一个节点的矢量被定义为沿着梁单元的部分切线t，梁的横截面垂直于这个部分切线矢量。矢量n1和n2代表了部分1-2梁截面轴。这三个矢量t、n1、n2构成了部分、右手法那么的坐标系。 对于二维梁单元，n1的方向总是0.0

5、, 0.0, -1.0。 对于三维梁单元，给定一个近似的n1方向，ABAQUS定义梁的n2方向为tv。在n2确定后，ABAQUS定义实践的n1方向为n2t。上述过程确保了部分切线与部分梁截面轴构成了一个正交系。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司梁单元曲率梁单元曲率 梁单元的曲率是基于梁的n2方向相对于梁轴的取向。假设n2方向不与梁轴正交即，梁轴的方向不与切向t一致，那么以为梁单元有初始弯曲。 要模拟曲梁构造，能够需求运用两种方法直接定义n2方向，它允许他更好地控制对曲率进展模拟： 一种是给出n2矢量的分量作为节点坐标的第4、第5和第6个数据

6、值； 另一种是运用*NORMAL选项直接地指定法线方向添加该选项可以经过ABAQUS/CAE中的Keywords Editor关键词编辑器 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司梁截面的节点偏置梁截面的节点偏置 当运用梁单元作为壳模型的加强件时，使梁和壳单元运用一样的节点是很方便的。壳单元的节点是位于壳的中面上，而梁单元的节点是位于梁的横截面上某点。因此，假设壳和梁单元运用一样的节点，壳与梁加强件将会重叠，除非梁横截面是偏置于节点位置 。a梁截面无偏置 b梁截面有偏置 采用工字型、梯型和恣意多边形的梁截面方式，能够要将该截面几何外形定位在与截面的

7、部分坐标系的原点原点位于单元节点处具有一定间隔的位置上。使采用这些横截面的梁偏离它们的节点是很容易的。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司如下图的工字型梁附着在一个1.2单位厚的壳上。经过定义梁的节点从I-截面的底部的偏移量，梁截面的定位可以如下图。在这种情况下，偏移量为0.6，亦即壳厚度的一半。图 工字型梁用作壳单元的加强件 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司 他也可以指定形心和剪切中心的位置；这些位置也可以从梁的节点偏置，从而使他很容易地模拟加强件。 另外也可以分别定义梁节点和壳节点，并

8、在两个节点之间采用一个刚性梁的约束衔接梁和壳。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司二、计算公式和积分二、计算公式和积分 在ABAQUS中的一切梁单元都是梁柱类单元，这意味着它们可以产生轴向、弯曲和改动变形。Timoshenko梁单元还思索了横向剪切变形的影响。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司剪切变形剪切变形 ： 线性单元B21和B31和二次单元B22和B32是思索剪切变形的Timoshenko梁单元；因此，它们既适用于模拟剪切变形起重要作用的深梁又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁。 A

9、BAQUS假设这些梁单元的横向剪切刚度为线弹性和常数 。 三次单元，称为Euler-Bernoulli梁单元B23和B33，它们不能模拟剪切变形。这些单元的横截面在变形过程中与梁的轴线坚持垂直 ，因此，运用三次梁单元模拟相对细长构件的构造更为有效。 对于静态分析，经常可用一个三次单元模拟一个构造构件，而对于动态分析，也只采用很少数量的单元。这些单元假设剪切变形是可以忽略的。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司改动呼应改动呼应翘曲翘曲 构造构件经常接受扭矩，几乎一切的三维框架构造都会发生这种情况。在一个构件中引起弯曲的载荷，能够在另一个构件中引

10、起了改动，如下图 梁对改动的呼应依赖于它的横截面外形。普通说来，梁的改动会使横截面产生翘曲或非均匀的离面位移。ABAQUS仅对三维单元思索改动和翘曲的影响。在翘曲计算中假设翘曲位移是小量。在改动时，以下横截面的行为是不同的：实心横截面；闭口薄壁横截面；和开口薄壁横截面。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司实心横截面实心横截面l在改动作用下，非圆型的实心横截面不再坚持平面，而是发生翘曲。 l运用St.Venant翘曲实际在横截面上每一个截面点处计算由翘曲引起的剪切应变的分量。 l实心横截面的翘曲被以为是无约束的，所产生的轴向应力可以忽略不计 。

11、l实心横截面梁的改动刚度取决于资料的剪切模量G和梁截面的改动常数J。 l改动常数取决于梁横截面的外形和翘曲特征。 l对于在横截面上产生较大非弹性变形的改动载荷，运用这种方法不可以得到准确的模拟。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司闭口薄壁横截面闭口薄壁横截面l闭口薄壁非圆型横截面箱型或六边型的梁具有明显的抗扭刚度，其性质与实心横截面梁类似。l横截面上的翘曲也是无约束的。 l根据横截面的薄壁性质，ABAQUS思索剪应变沿壁厚是一个常数。 当壁厚是典型梁横截面尺寸的1/10时，薄壁假设是成立的。 薄壁横截面的典型横截面尺寸包括：管截面的尺寸。箱型

12、截面的边长。任不测形截面的典型边长。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司开口薄壁横截面开口薄壁横截面l 当翘曲是无约束时，开口薄壁横截面在改动中是非常柔性的，而这种构造抗扭刚度的主要来源是对于轴向翘曲应变的约束。约束开口薄壁梁的翘曲会引起轴向应力，该应力又会影响梁对其它类型载荷的呼应。 lABAQUS/Standard具有剪切变形梁单元，B31OS和B32OS，它们包括了在开口薄壁横截面中的翘曲影响。当模拟采用开口薄壁横截面的构造在接受显著的改动载荷时必需运用这些单元。 Innovating through simulation北京怡格明思工

13、程技术有限公司翘曲函数翘曲函数 截面的翘曲函数定义了翘曲的变化。在开口截面梁单元中，采用一个附加的自在度7来处置这个函数的量值。约束住这个自在度可以使被约束的节点不会发生翘曲。 在每个构件分支上的翘曲量可以不同，在框架构造中开口截面梁之间的衔接点处，普通每个构件分支应该运用各自不同的节点，如下图。 然而，假设衔接方式的设计曾经防止了翘曲，那么一切的构件应该共享同一个节点，并必需约束住翘曲的自在度。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司 当剪力没有经过梁的剪切中心作用时会产生改动，改动力矩等于剪力乘以它到剪切中心的偏心距。对于开口薄壁梁截面，其形心和剪切中心经常并不重合，如下图。假设节点不是位于横截面的剪切中心，在载荷作用下截面能够改动。 Innovating through simulation北京怡格明思工程技术有限公司选择梁单元选择梁单元 l在任何包含接触的模拟中，应该运用一阶、剪切变形梁单元B21，B31。l假设横向剪切变形是非常重要的，采用Timoshenko二阶