ANSYS结构分析指南梁分析和横截面形状

ANSYS构造分析指南第七章梁分析和横截面外形梁分析概况效率更高。本章的内容只适用于BEAM44(三维变截面单元)和另两种有限元应变单元BEAM188和BEAM189ANSYS析力气，显著地改进了截面数据定义功能和可视化特性。参阅《ANSYSElementsReference》中关于BEAM44、BEAM188和BEAM189单元的描述。留意--如要对BEAM44来定义斜削的截面。此外，本章所述的后处理可视化功能不能应用于BEAM44单元。留意--用户定义横截面功能可能不能应用CDWRITE命令。何为横截面11持用户自定义截面外形。当定义了一个横截面时，ANSYS建立一个9梁的截面特性(Iyy，Izz等)，并求解泊松方程得到扭转特征。7-1是一个标准的Z面特性。7-1ZBEAM44BEAM188、BEAM189单元来模拟线实体，可用LATT命令将梁横截面属性赐予线实体。如何生成横截面用以下步骤生成横截面：1、定义截面并与代表相应截面外形的截面号(DectionID)关联。2、定义截面的几何特性数值。ANSYS供给了表7-1所列出的命令，可以完成横截面生成、查看、列表和操作横截面库的功能。命令GUI菜单路径目的MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>命令GUI菜单路径目的MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>打印梁截面结果(BEAM44不PRSSOLSectionSolutionUtilityMenu>支持)List>Results>SectionSolutionMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>SECTYPE SEID关联截面子类型Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMeshSECDATAMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectns定义截面几何数据SECOFFSET

MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh

定义梁截面的截面偏离SECCONTROLSMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-Add/EditMainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribsMainMenu>

掩盖程序计算的属性值SECNUM

Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>ElemAttributes

SECIDSECPLOT MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-PlotSectionSECWRITE MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-WriteSecMesh/SECLIB MainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>LibraryPathMainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>SECREAD ImportLibraryMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMeshMainMenu>Preprocessor>Sections>ListSectionsUtilityMenu>

按比例显示梁截面的几何外形建立一个包含用户网格自定义截面的ASCII文件设置SECREAD缺省截面库路径读入用户定义的截面库、网格、自定义截面SLIST List>Properties>SectionPropertiesUtilityMenu>List>Properties>

汇总截面特性SpecifiedSectionPropertiesSDELETE MainMenu>Preprocessor>Sections>DeleteSection 删除横截面参阅《ANSYSCommandsReference》可以得到横截面命令的完整描述。定义截面并与截面号关联使用SECTYPE2面外形(圆柱体)关联：GUI:MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectns要定义自己的横截面，使用子外形(ANSYSMESH。要定义带Iyy和Izz的横截面，使用子外形ASEC。定义横截面几何特性和设置截面属性点接着如上所示的SECTYPE命令之后，使用SECDATA命令来定义横截面的几何特性。留意CSOLIDSECDATA命令指定圆截面梁的半径为5，周向的格数为8SECNUM2。命令：SECDATA58SECNUM,2GUI：MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs确定要定义的格数通常，在建立横截面时，用户不需要设置格数。ANSYS将通过缺省的积分规章，计算截面值，如截面面积、对坐标轴的惯性矩，并将得出数值上准确的结果。由于扭转常数从网格中导出，所以扭转常数的精度，与截面网格尺寸成正比。ANSYS应用的缺省网格的精度符合工程应用要求。对于常用的截面，可用两种方法指定网格尺寸。应用[SECTYPE,REFINEKEY ]来设置薄璧截面的网格加密水平(CTUBE,CHAN,I,Z,L,T,HATS,HREC)。应用SECDATA命令指定实体截面(RECT,QUAD,CSOLID)的划分数。2分析，应当是可承受的。但是，在进展塑性分析时，对于实体截面的缺省格数可能需要转变。下面是ANSYS生成的实体截面网格，以及用户可能期望用它们进展的分析类型。图7-2 截面网格的类型用BEAM44,BEAM188,BEAM189单元模拟线模型在用BEAM44、BEAM188、BEAM189单元划分线实体前，要定义一些属性，包括：生成梁单元的材料设置属性点；要划分线的梁单元类型；ANSYSModelingandMeshingGuide§7.5.2；生成梁单元的截面号。使用LATT命令将这些属性与选择的线实体关联：命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECIDGUI:MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>PickedLines其中：MAT--与所选择的尚未划分网格的线关联的材料号；KB--对应于模型中的关键点号。所生成的梁单元的横截面按这样定向，梁的Z由线的两端点和该关键点定义的平面；SECID-SECTYPE命令定义的梁横截面相对应，截面号由SECNUM指定。建立截面有两类梁截面：一般截面；还可以包含假设干各向同性材料。使用梁工具生成通用横截面SECTYPE、SECDATA和SECOFFSET命令(MainMenu>Preprocessor>-Beam-CommonSectns)，都与GUI(BEAMTOOL)关联。梁工具的样式取决于所选择的梁横截面子外形：图7-3 梁工具对话框(包括子类型下拉框)SECTYPE]，中部是需要时定义截面偏移的信息[SECOFFSET]，底部是截面几何外形信息[SECDATA]。SECDATA命令定义的尺寸取决HelpSECDATA命令描述中，也有对截面外形尺寸的说明。通过用户定义网格建立自定义截面2D实体模型，然后用SECWRITE命令保存(MainMenu>Preprocessor>Sections-Beam-WriteSecMesh)。下面争论这一过程：1、建立全部的区域(MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-)。2、把区域重叠(MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Overlap>Areas)，或粘合在一起(MainMenu>Preprocessor>3、保存模型。4、对全部线设置划分数(MainMenu>Preprocessor>-Meshing-SizeCntrls>-Lines-PickedLinesorusetheMeshTool)。5、选择“MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-WriteSecMesh”，消灭拾取框，拾取格子的面。6、ANSYS在该面建立格子。在分网期间，ANSYS可能显示不佳外形的信息，可以无视这些信息。但是也可能看到“Unabletomesharea. ”信息。假设这样，把全部面上的单元去除(MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Clear>Areas4、57、在“WriteSectionLibraryFile”对话框中，用一个唯一的文件名保存“.SECT”文件。然后按“OK”。8、读入用户网格文件(MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh)，计算截面特性。留意--即使已经设置了LESIZE,也将看到这样的信息：“Lineelementsizesmayneedtobespecifiedfordesiredcross-sectionmesh.PleaserefertotheLESIZEcommand.”假设已经设置了线单元的尺寸，按“Close”连续。假设还未设置，则应用LESIZE命令及适宜的信息。用网格加密和多种材料建立自定义截面在进展分析时，用户可能需要加密截面网格。可以定义含多种材料的截面来代表层状、加以前建立的截面来修改。按如下步骤建立自定义的加密网格或含多种材料的截面：1ANSYS数据库读入一个常用截面(MainMenu>Preprocessor>Sections>CustomSectns>Edit/CompsiteEditCommon)，或者从“.SECT”文件读入自定义截面(MainMenu>Preprocessor>Sections>CustomSectns>Edit/CompsiteEditCustom)。2、ANSYS在图形窗口显示MESH200图。3、对截面网格进展加密(MainMenu>Preprocessor>Sections>CustomSectns>Edit/Compsite>RefineMesh)。4、修正格子材料(MainMenu>Preprocessor>Sections>CustomSectns>Edit/Compsite>ModifyMaterial)，假设要建立多种材料的截面，先定义材料。这是计算剪切修正系数和材料质心所需要的。5、用SECWRITE命令(MainMenu>Preprocessor>Sections>CustonSectns>Edit/Built-up>Save)，把截面保存为一个“.SECT”文件。6、读入用户网格文件(MainMenu>Preprocessor>Sections>CustomSectns>Edit/CompsiteReadSectMesh)，计算截面特性以及在分析中应用自定义截面。留意--假设用户在建立截面后，重定义材料，必需再用SECTYPE和SECREAD命令重计算截面。留意—当截面含多种材料，并且通过/ESHAPE命令来产生应力等值线(或其他量)时，应力将通过材料边界平均。为了限制这种行为，在材料边界上承受小的横截面格子。定义复合截面复合截面是指最少包含两种材料和用户定义网格的截面。在建立复合截面时，要在执行SECTYPESECDATA命令前定义材料。这是计算剪力修正系数、材料质心和剪切中心所需要的。留意--假设在建立截面后，重定义材料，必需应用SECDATA命令重计算截面。用户可以把复合截面保存为自定义截面。参见§7.4。治理横截面和用户网格库常用截面的数据如CHAN和RECTJobname.LOG文件，并把适宜的SECTYPESECDATA,和SECOFFSET命令拷贝到扩展名为“.SECT”的各个文件中。这些预定义的截面，以后可用/SECLIB命令(MainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>ImportLibrary)读入模型。横向扭转屈曲分析实例(GUI可以用BEAM188和BEAM189单元来模拟直梁的弯曲和剪切，也可以模拟梁的横向扭7-4所示。图7-4 悬臂梁的横向扭转屈曲60个BEAM188单元模拟(通过/ESHAPE显示)《ANSYSStructuralAnalysisGuide》§7具体表达了屈曲分析。本例分析悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。问题描述析，并进展非线性载荷和变形争论。争论目标为确定梁发生支点失稳(标志为侧向的大位移)的7-5。问题特性参数=0.0。载荷为：P=1lb。草图图7-5 梁的变形特征值屈曲和非线性破坏分析临界载荷之前发生材料屈服。这种分析比完全非线性屈曲分析所需的求解时间要少。的状况，需要进展破坏分析。模型有缺陷时，必需做非线性破坏分析，由于完善模型不会表现出显著的屈曲。可以通过使用特征值分析得到的特征向量，来参与缺陷。求得的特征向量是对实际屈曲模态最接近的1%～10%。UPGEOM命令在前一步分析的根底上添加位移，并把几何外形更到变形后的外形。设置分析名称和定义模型的几何实体1、选择菜单“UtilityMenu>File>ChangeTitle”。2、输入“LateralTorsionalBucklingAnalysis”OK。3、定义关键点。选择“MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>KeypointsInActiveCS”，输入下表所示的关键点号和坐标：关键点号X坐标Y坐标Z坐标按这个按钮承受1000Apply2100.000Apply35050OK412MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>StraightLine，消灭“CreateStraightLinepicker”12，然后按“OK”。As“buckle.DB”OK。定义单元类型和横截面信息1、选择“MainMenu>Preferences”，单击“Structural”检查框。按“OK”。2、选择“MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete”。消灭“ElementTypes”对话框。3、单击“Add...”。消灭“LibraryofElementTypes4、在左列选择“StructuralBeam”。5、在右列选择“3Dfinitestrain,3node189”以选中BEAM189。7、定义梁的矩形截面。选择“MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects”“BeamToolANSYS将截面号设置为1，将子类型设置为RECT(在子类型处图示一个矩形)。由于是矩形横截面，在子类型处不需要修改。8、在“BeamTool”对话框的底部，可以看到横截面外形和尺寸的图示。在B输入0.2作为横截面的宽度；在H标志的局部输入5.0作为横截面的高度。按“OK”。9、通过“BeamTool”对话框显示当前截面特性。按“Preview数据汇总。按“Meshview”查看截面网格。按“Close”。定义材料特性和定位节点1、选择“MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels”。消灭“DefineMaterialModelBehavior”对话框。2“MaterialModelsAvailable”“Structural->Linear->Elastic->Isotropic”，消灭一个对话框。3、输入弹性模量EX=1.0E4。4、输入PRXY=0.0，并按“OK”。现在左侧消灭“MaterialModelNumber1”。5、选择“Material>Exit”。6、选择“UtilityMenu>Plot>Lines”重画线。7“MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>PickedLines.”“LineAttributes”“LineAttributes”中按“Apply将材料特性指向边的单项选择框，使它为“YES”，然后按“OK”。9、再次消灭“LineAttributes”对话框。在ANSYS图形窗口输入3，并按回车。最终在对话框中按“OK”。假设已经存在“buckle.db”，当ANSYS询问是否掩盖时，按“OK”。对线划分网格并确认梁的定位1、定义网格尺寸和分段数。选择“MainMenu>Preprocessor>-Meshing-SizeCntrls>-Lines-AllLines”。在“NoofElementDivisions”10，按“OK”。2、对线划分网格。选择“MainMenu>Preprocessor>MeshTool”MeshTool“MESH”，消灭“MeshLinespicker”对话框。在图形窗口选择线。然后在对话框中按“OK”。最终MeshTool“Close3、旋转划分好网格的线。选择“UtilityMenu>PlotCtrls>PanZoom,Rotate”。消灭“Pan,Zoom,Rotate”对话框。选择ISO并按“Close”。图形窗口中梁将旋转。4、确认梁的定位。选择“UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Size&Shape”。选择/ESHAPE旁边的单项选择按钮使之翻开，并按“OK”。定义边界条件1、定义固定端的边界条件。选择“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>OnKeypoints”。消灭“ApplyU,ROTonKPs”对话框。为固定端。在输入窗口，输入1“OK”。消灭“ApplyU,ROTonKPs”。3、选择“AllDOF”，然后按“OK”。在ANSYS图形窗口将显示关键点14、在自由端施加集中力。选择“MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>OnKeypoints”。消灭“ApplyF/MonKPs”对话框。52ANSYS2“ApplyF/MonKPs”对话框按“OK”。消灭“ApplyF/MonKPs”对话框。6、在“DirectionofForce/Mom”框中选择“FY”。71“OK”。在ANSYS图形窗口将在关键点28、存储模型。选择“UtilityMenu>File>SaveAs”。如还未保存为“buckle.db”，则选择之。假设已经存在“buckle.db”，当ANSYS询问是否掩盖时，按“OK”。进展特征值屈曲分析1、设置分析选项。选择“MainMenu>Solution>AnalysisOptions”。消灭“StaticorSteady-StateAnalysis”对话框。2sparse“StaticorSteady-StateAnalysis”对话框中，确定选择“Sparsesolver”。3、包括预应力效应，存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在“Stressstiffnessorprestress”下拉框中，选择“PrestressON”。按“OK”关闭对话框。4、选择“MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS”。扫瞄/STAT然后从菜单项选择择“Close”。最终在“SolveCurrentLoadStep”中按“OK”，开头求解。5、当“SolutionisDone!”窗口消灭时，按“Close”关闭窗口。6、选择“MainMenu>Finish”。7、选择“MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis”。8、选择“EigenBuckling”选项，然后按“OK”。9、选择“MainMenu>Solution>AnalysisOptions”。消灭“EigenvalueBucklingOptions”对话框。选择“BlockLanczos”方法。在“Noofmodestoextract”4，然后按“OK”。10MXPAND“MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-ExpansionPass>ExpandModes”。11、在“ExpandModes“No.ofmodestoexpand”中输入4，将“Calculateelemresults”框由No改为Yes，然后按“OK”。12、选择“MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS”。扫瞄/STAT然后从菜单项选择择“Close”。最终在“SolveCurrentLoadStep”中按“OK”，开头求解。13、当“SolutionisDone!”窗口消灭时，按“Close”关闭窗口。14、选择“UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Size&Shape”。确认在“Displayofelementshapes...(/ESHAPE)”旁边的单项选择框为ON，然后按“OK”。15、显示求解结果。选择“MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary”。当查看结果完毕后，按“Close”关闭窗口。16、选择“MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>-ReadResults->FirstSet”。17“MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape”。消灭“PlotDeformedShape”对话框。选择“Def+undefedge”并按“OK”。18、选择“MainMenu>Finish”。作非线性屈曲分析求解1、引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择“MainMenu>Preprocessor>-Modeling-UpdateGeom”。在“Updatenodesusingresultsfile“Scaling2“loadstep”1“Substep”1，在“Selection”框输入file.rst。按“OK”。2、选择“MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis”。3、选择“Static”选项，按“OK”。File”，并确认选择了“AllItems”和“Allentities”选项，然后按“OK”。5、选择“MainMenu>Solution>AnalysisOptions”。设置“Largedeformeffects”为ON。然后按“OK”。6arc-length“MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Nonlinear>Arc-LengthOpts”。设定“Arc-length方法”为ON。选择“Lab”后面的下拉框并选择“Displacementlim”。在“MaxdesiredU”1.0。在“NodenumberforVAL”2。选择“Degreeoffreedom”后面的下拉框并选择“UZ”。然后按“OK”。7、定义本载荷步的子步数。选择“MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubsteps”。输入子步数10,000，并按“OK”。8、求解当前模型。选择“MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS”。扫瞄/STAT口中的内容，然后从菜单中选择“Close”。最终在“SolveCurrentLoadStep”按“OK”开头求解。Solution”对话框，其中有一个“STOP”按钮。还将消灭收敛图，可能要几分钟才能完成。消灭“SolutionisDone!”窗口时，在其中按“Close”关闭窗口。10、选择“MainMenu>Finish”。显示和检查结果1、重画梁网格。选择“UtilityMenu>Plot>Elements”。2、定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择“MainMenu>TimeHistPostpro>DefineVariables”。当消灭“DefinedTime-HistoryVariables”对话框时，按“OK”。3、当消灭“AddTime-HistoryVariable”窗口时，确认“NodalDOFresult”选项选中，然后按“OK”。4、消灭“DefineNodalData”2(梁的右端节点)并按“OK”。5、消灭“DefineNodalData”对话框。确认“Refnumberofvariable”和“Nodenumber”都设2。在“User-specifiedLabel”框中输入TIPLATDI。选择“TranslationUZ”，并按“OK”。6、定义从结果文件中读出的总支反力。在“DefineTime-HistoryVariables”窗口选择“Add”。7、当“AddTime-HistoryVariable”窗口消灭时，选择“Reactionforces”单项选择按钮，并按

8、消灭“DefineNodalData”1，并按“OK”。9、消灭“DefineReactionForceVariable”窗口。确认“Refnumberofvariable”设为3，“Nodenumber1。选择“StructForceFY”，并按“OK”。然后在“”对话框中按“Close”。10、选择“MainMenu>TimeHistPostpro>MathOperators>Multiply”。在“MultiplyTime-HistoryVariables”窗口，在“Referencenumberforresult”中输入4，在“1stFactor”中输入-1.0，在“1stVariable”3。按“OK”。11、显示X变量。选择“MainMenu>TimeHistPostpro>Settings>Graph”。选“Sing