ANSYS单元定义及工程应用举例

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一、单元定义详解

LINK1单元描述：

LINK1单元可用于不同的工程应用中，依具体的应用，该单元可模拟桁架、链杆及弹簧等。该二维杆单元每个节点的自由度只考虑x,y两个方向的线位移，是一种可承受单轴拉压的单元。由于只用于铰接结构，故本单元不能承受弯矩作用。有关此单元的更详细说明请见《ANSYS,Inc.TheoryReference》。而LINK8单元是这种单元的三维状况。LINK1的几何模型图：

LINK1输入数据：

上图给出了本单元的几何图形、节点坐标及单元坐标系。单元通过两个节点、横截面面积及初始应变和材料属性定义。单元的X轴方向为沿单元长度从节点I指向节点J。初始应变通过Δ/L给定，Δ为单元长度L（由I，J节点坐标算得）与0应变单元长度之差。

在“节点与单元荷载〞中有关于单元荷载的描述。可以在节点上输入温度或热流量作为单元的体荷载。节点I上的温度T（I）默认为TUNIF，节点J上的温度默认为T（I）。对于热流量与温度的设定基本一致，只是默认值不在是TUNIF而成为0。还可通过命令LUMPM得到一个集中质量表达式，这对某些如波的传播的分析是很有用的。LINK1输入总结：

节点：

I,J自由度：

UX,UY实常数

AREA–横截面面积ISTRN–初始应变材料属性

EX,ALPX,DENS,DAMP面荷载：

None体荷载：

温度--T(I),T(J)热流量--FL(I),FL(J)特性：

塑性蠕变膨胀应力硬化

大变形单元生死KEYOPTS

None

LINK1输出数据：

单元的求解输出包括以下两方面：

??节点位移包括的全部节点解中；

??其它输出信息见“LINK1单元结果输出说明表〞

以下的“LINK1应力计算图〞也说明白一些状况，而有关结果输出的总体介绍参见“SolutionOutput〞，对结果的查看方法请见《ANSYSBasicAnalysisGuide》

LINK1应力计算图

以下“单元输出信息表〞中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列表示某一变量值是否在输出文件中给出，第四列某一变量值是否在结果文件中给出。

无论是第三还是第四列，“Y〞表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－〞则表示不输出。

LINK1单元输出信息表名称定义OREL单元号YYNODES单元节点号(IandJ)YYMAT单元材料号YYVOLU:单元体积-YXC,YC单元几何中心Y2TEMP节点I和J的温度YYFLUEN节点I和J的热流量YYMFORX单元坐标系中沿X轴方向杆的受力YYSAXL轴向应力YYEPELAXL单元轴向弹性应变YYEPTHAXL轴向热应变YYEPINAXL轴向初始应变YYSEPL由应力－应变图所得等效应力11SRAT三轴应力与屈服面应力比11EPEQ等效塑性应变11HPRES静水压力11EPPLAXL轴向塑性应变11EPCRAXL轴向蠕变11EPSWAXL轴向膨胀应变1、1、仅存在非线性单元2、2、仅在质心利用＊GET命令可得的选项。

11“LINK1项目和序号表〞中列出了在后处理中可通过ETABLE命令加参数及数字序号的方法定义可列表观测的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“TheGeneralPostprocessor(POST1)〞和“TheItemandSequenceNumberTable〞部分。下面是表格的一些使用说明：

Name

指在“LINK1单元输出数据说明表〞中的有关变量。Item

命令ETABLE中使用的参数。E

单元数据为常数或单值时对应的序号。I,J

节点I,J所对应的数字序号。

LINK1项目和序号表OutputQuantityNameETABLE和ESOL命令输入项（变量名）ItemEIJLS1--SAXL轴向应力LEPEL1--EPELAXL单元轴向弹性应变。LEPTH1--EPTHAXL轴向热应变LEPTH2--EPSWAXL轴向膨胀应变LEPTH3--EPINAXL轴向初始应变LEPPL1--EPPLAXL轴向塑性应变LEPCR1--EPCRAXL轴向蠕变NLIN1--SEPL由应力－应变图所得等效应力NLIN2--SRAT三轴应力与屈服面应力比NLIN3--HPRES静水压力NLIN4--EPEQ等效塑性应变SMISC1--MFORX单元坐标系中沿X轴方向杆的受力NMISC-12FLUEN节点I和J的热流量LBFE-12TEMP节点I和J的温度假设与限制：??杆件假设为均质直杆，在其端点受轴向负荷；??杆长应大于0，即节点I，J不能重合；

??杆件必需位于X－Y平面且截面面积要大于0；??温度延杆长为线性变化；??位移函数说明杆件应力均匀；

??初始应变也参预应力刚度矩阵的计算。LINK1单元的软件产品制约：

当使用以下产品时，LINK1单元的使用还要受到以下限制：ANSYS专业版：

??不能计算阻尼材料.??体荷载不能为热流量.

??仅在一些特定状况下才允许考虑应力硬化及大挠度。

Beam3单元描述：

Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。本单元更详细的说明见《ANSYS,Inc.TheoryReference》，其它的二维梁单元还有塑性梁单元Beam23及非对称变截面梁Beam54。Beam3单元几何图形：

Beam3输入数据：

上图给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统。单元由两个节点、横截面面积、横截面惯性矩、截面高度及材料属性定义。。初始应变通过Δ/L给定，Δ为单元长度L（由I，J节点坐标算得）与0应变单元长度之差。

假使不计环向作用本单元也可进行轴对称体的分析，如对螺栓、带缝圆柱等。在轴对称分析时输入的面积和惯性矩应是全截面的。剪切变形量（SHERAR）是可选的，如给SHERAR赋值为0则表示忽略剪切变形（相关细节见ShearDeflection），当然剪切模量（GXY）只有在考虑剪切变形时才起作用。单元还可在实常数ADDMAS中输入单位长度的附加质量。

“节点与单元荷载〞一节对“单元荷载〞有专门介绍。可以在本单元的表面施加面荷载，如上图中带圈数字所示，其中箭头指向为面荷载作用正向。横向均布压力的单位为力每单位长度，端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT（10）用来控制线性变化的横向压力相对单元节点的偏移量。可在单元几何图形的四个角上设定温度值，其被当做体荷载处理。第一个角上的温度T1的默认值为TUNIF，如其它角的温度未给定时其默认值等于第一个角的温度，如给定了T1和T2则T3的默认值为T2，T4的默认值为T1。

KEYOPT（9）用来控制两节点中间部分相关值的输出状况，值是按平衡条件得出的。但在以下状况下这些值不能得到：

?考虑应力硬化时TIF，ON］；

?一个以上的部件作用有角速度时OMEGA]；

?通过命令CGOMGA,DOMEGA,orDCG/MG作用了角速度或加速度时。BEAM3输入参数汇总：

节点：I,J

自由度：UX,UY,ROTZ实常数：

AREA–横截面面积IZZ–截面惯性矩HEIGHT–截面高

SHEARZ–剪切变形系数ISTRN–初始应变

ADDMAS–每单位长度附加质量

说明：剪切变形系数＝0，则在单元的Y方向没有剪切变形。材料属性：EX,ALPX,DENS,GXY,DAMP表面荷载：

压力-（括号内为压力正值作用方向）

face1(I-J)(-Y法线方向)face2(I-J)(+X切线方向)face3(I)(+X轴向)face4(J)(-X轴向)

（如输入的压力为负值表示与几何模型图中方向反向作用)体荷载：

温度作用--T1,T2,T3,T4

特性：

应力加强大变形单元生、死

单元选项：

KEYOPT(6)控制杆件力和力矩输出的选项:

0--不输出力和力矩

1--在单元坐标系中输出力和力矩

KEYOPT(9)用于控制该单元位于节点I，J中间点的数据输出

N--输出N个中间位置数据(N=0,1,3,5,7,9)

KEYOPT(10)用于控制SFBEAM指令时线性变化的压力的偏移量的输入方法：

0--以长度为单位，直接输入压力相对于I，J节点的偏移量1–以偏移量与单元长度的比值为单位（0～1），用相对值形式输入偏移

BEAM3输出数据：

求解输出信息主要包括两部分：?节点位移含全部节点解

?单元其它输出信息见“BEAM3单元输出信息表〞

“BEAM3应力输出图〞说明白一些状况，有关求解输出的总体性介绍请见“SolutionOutput〞，而有关结果内容观测的一些方法见“ANSYSBasicAnalysisGuide〞

以下“单元输出信息表〞中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列表示某一变量值是否在输出文件中给出，第四列某一变量值是否在结果文件中给出。

无论是第三还是第四列，“Y〞表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－〞则表示不输出。

单元输出信息表名称定义OREL单元号YYNODES单元节点-I,JYYMAT单元材料号YYVOLU:单元体积NYXC,YC输出结果坐标Y3TEMP温度T1,T2,T3,T4YYPRES压力P1atnodesI,J;偏移量1atI,J;P2atI,J;偏移量2atI,J;P3atI;P4YYatJSDIR轴向直接应力11SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力11SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力11SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力)11SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力)11EPELDIR端部轴向弹性应变11EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变11EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变11EPTHDIR端点轴向热应变11EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变11EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变11EPINAXL单元初始轴向应变11MFOR(X,Y)单元坐标系中X，Y方向的力2YMMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩2Y说明：

1、每个单元的节点I，J及中间点（见KEYOPT（9））均列出该项结果；2、假使KEYOPT(6)=1；3、仅在几何中心作*GET的一个项目可用。“BEAM3项目和序号表〞中列出了在后处理中可通过ETABLE命令加参数及数字序号的方法定义可列表观测的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“TheGeneralPostprocessor(POST1)〞和“TheItemandSequenceNumberTable〞部分。下面是表格“BEAM3项目和序号表（KEYOPT（9）＝0）〞到“BEAM3项目和序号表（KEYOPT（9）＝9）〞的一些使用说明：

Name

指在“BEAM3单元输出信息表〞中的有关变量。Item

命令ETABLE中使用的参数。E

单元数据为常数或单值时对应的序号。I,J

节点I,J所对应的数字序号。ILN

中间点的的顺序号

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9)=0)ETABLE和ESOL命令输入项OutputQuantityName（变量名）ItemEIJSDIR轴向直接应力LS-14SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LS-25SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LS-36EPELDIR端部轴向弹性应变LEPEL-14EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-25EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-36EPTHDIR端点轴向热应变LEPTH-14EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变LEPTH-25EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变LEPTH-36EPINAXL单元初始轴向应变LEPTH7--SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力)NMISC-13SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力)NMISC-24MFORX单元坐标系中X方向的力SMISC-17MFORY单元坐标系中Y方向的力SMISC-28MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩SMISC-612P1压力1在节点I,J间SMISC-1314OFFST1压力1距节点偏移量SMISC-1516P2压力2在节点I,J间SMISC-1718OFFST2压力2距节点偏移量SMISC-1920P3压力3SMISC-21-P4压力4SMISC--22PseudoNode（假节点）1234TEMP温度LBFE1234BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9)=1)ETABLE和ESOL命令输入项OutputQuantityName（变量名）ItemEIILIJSDIR轴向直接应力SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力EPELDIR端部轴向弹性应变EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变EPTHDIR端点轴向热应变EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变EPINAXL单元初始轴向应变SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力)SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力)MFORX单元坐标系中X方向的力MFORY单元坐标系中Y方向的力MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩P1压力1在节点I,J间OFFST1压力1距节点偏移量P2压力2在节点I,J间OFFST2压力2距节点偏移量P3压力3P4压力4TEMP温度LSLSLSLEPELLEPELLEPELLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHNMISCNMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCLBFE-147-258-369-147-258-369-147-258-36910----135-246-1713-2814-61218-19-20-21-22-23-24-25-26-27-----28PseudoNode（假节点）12341234BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9)=3)OutputQuantityNameETABLE和ESOL命令输入项（变量名）ItemEIIL1IL2IL3SDIR轴向直接应力LS-14710SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LS-25811SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LS-36912EPELDIR端部轴向弹性应变LEPEL-14710EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-25811EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-36912EPTHDIR端点轴向热应变LEPTH-14710EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变LEPTH-25811EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变LEPTH-36912EPINAXL单元初始轴向应变LEPTH16----SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力)NMISC-1357SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力)NMISC-2468MFORX单元坐标系中X方向的力SMISC-171319MFORY单元坐标系中Y方向的力SMISC-281420MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩SMISC-6121824P1压力1在节点I,J间SMISC-31---OFFST1压力1距节点偏移量SMISC-33---P2压力2在节点I,J间SMISC-35---OFFST2压力2距节点偏移量SMISC-37---P3压力3SMISC-39---P4压力4SMISC-----PseudoNode（假节点）123J131415131415131415-91025263032343638-404TEMP温度LBFE1234BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9)=5)OutputQuantityNameETABLE和ESOL命令输入项（变量名）ItemEIIL1IL2IL3IL4IL5JSDIR轴向直接应力LSBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LS-25811141720SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LS-36912151821EPELDIR端部轴向弹性应变LEPELPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-25811141720EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-36912151821EPTHDIR端点轴向热应变LEPTHPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变LEPTH-25811141720EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变LEPTH-36912151821EPINAXL单元初始轴向应变LEPTH22-------SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力)NMISC-135791113SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力)NMISC-2468101214MFORX单元坐标系中X方向的力SMISC-171319253137MFORY单元坐标系中Y方向的力SMISC-281420263238MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩SMISC-6121824303642P1压力1在节点I,J间SMISC-43-----44OFFST1压力1距节点偏移量SMISC-45-----46P2压力2在节点I,J间SMISC-47-----48OFFST2压力2距节点偏移量SMISC-49-----50P3压力3SMISC-51------P4压力4SMISC-------52PseudoNode(假节点)1234TEMP温度LBFE1234BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9)=7)OutputQuantityNameETABLE和ESOL命令输入项（变量名）ItemEIIL1IL2IL3IL4IL5IL6IL7JSDIR轴向直接应力LS-147101316192225SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LS-258111417202326SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LS-369121518212427EPELDIR端部轴向弹性应变LEPEL-147101316192225EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应LEPEL-258111417202326变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应LEPEL-369121518212427变EPTHDIR端点轴向热应变LEPTH-147101316192225EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应LEPTH-258111417202326变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应LEPTH-369121518212427变EPINAXL单元初始轴向应变LEPTH28---------SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力)NMISC-1357911131517SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力)NMISC-24681012141618MFORX单元坐标系中X方向的力SMISC-1713192531374349MFORY单元坐标系中Y方向的力SMISC-2814202632384450MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩P1压力1在节点I,J间OFFST1压力1距节点偏移量P2压力2在节点I,J间OFFST2压力2距节点偏移量P3压力3P4压力4TEMP温度SMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISC-------6555759616312------11LBFE18243036------------------------PseudoNode(假节点)232342------48------445456586062-64BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9)=9)ItemSDIR轴向直接应力LSSBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LSSBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LSEPELDIR端部轴向弹性应变LEPELEPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹LEPEL性应变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹LEPEL-36性应变EPTHDIR端点轴向热应变LEPTH-14EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热LEPTH-25应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热LEPTH-36应变EPINAXL单元初始轴向应变LEPTH34--SMAX最大应力(直接应力+弯曲应NMISC-13力)SMIN最小应力(直接应力-弯曲应NMISC-24力)MFORX单元坐标系中X方向的力SMISC-17MFORY单元坐标系中Y方向的力SMISC-28MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩SMISC-612P1压力1在节点I,J间SMISC-67-OFFST1压力1距节点偏移量SMISC-69-P2压力2在节点I,J间SMISC-71-OFFST2压力2距节点偏移量SMISC-73-P3压力3SMISC-75-P4压力4SMISC---TEMPLBFE1OutputQuantityName（变量名）ETABLE和ESOL命令输入项EIIL1IL2IL3IL4IL5IL6IL7-1471013161922-2581114172023-3691215182124-1471013161922-25811141720239789-567812101112-91015131415-18161718-11122119202124222324IL8252627252627252627IL9282930282930282930-1920J313233313233313233-212261626668707274-76---131517141618131925313743495514202632384450561824303642485460------------------------------------------------PseudoNode(假节点)1234234假设与限制:

?梁单元必需位于X-Y平面内，长度及面积不可为0;?对任何形状截面的梁等效高度必需先行决定，由于弯曲应力的计算为中性轴至最外边的距

离为高度的一半；

?单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；

?作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；

?若不使用大变形时，转动惯量可为0。BEAM3在软件各产品中的使用限制：

当使用以下产品时，BEAM3单元的使用还要受到以下限制：ANSYS专业版：

?不能计算阻尼材料.?体荷载不能为热流量.

?能考虑的特性仅限应力硬化及大挠度两项。Beam4单元描述：

Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。可用于计算应力硬化及大变形的问题。通过一个相容切线刚度矩阵的选项用来考虑大变形（有限旋转）的分析。关于本单元更详细的介绍请参阅《ansys理论手册》,关于渐变的非对称弹性梁的问题应按beam44单元考虑，三维塑性梁应按beam24单元考虑。

Beam4单元的几何模型

（假使省略节点K或Θ角为0度，则单元的Y轴平行于整体坐标系下的X－Y平面）

单元的输入数据：

关于本单元的几何模型，节点座标及座标系统详见上图。本单元的定义寻常是以下这些输入参数确定的：二或三个节点变量，横截面积变量，两个轴惯性矩（IZZ和IYY）变量，两个厚度变量（TKZ，TKY），绕单元座标系下X轴的转角变量（θ），绕X轴（单元座标系下）扭转惯性矩（IXX）及材料属性。假使IXX没有给定或输入值为0，那系统默认为其等于极惯性

矩（IZZ＋IYY）。IXX一般应给定且其小于极惯性矩。单元的扭转刚度随着IXX的减小而减小。参数ADDMAS要输入的值是每单位长度的附加质量。

单元的X轴的方向是指从I节点到J节点。假使只给了两个节点参数，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。有关例如见上图。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θ角或定义第三个节点的方法来控制单元的方向。假使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（θ）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》。）

关于单元的初始应变（ISTRN）通过Δ/L给定，这里的Δ是单元长度L（由节点I和J的坐标所决定）与零应变时的长度之差。剪切变形常数（SHARZ和SHEARY）只有当考虑剪切变形时才设定，该值为零时即表示忽略了剪切变形。

KEYOPT（2）用来控制在大变形分析时是否激活（用命令，[NLGEOM,ON]）相容切线刚度矩阵（也就是，由主切线刚度矩阵加上相容应力矩阵所组成的矩阵）。开启这项设置则在几何非线性分析时将获得快速收敛，例如在非线性屈曲分析时就可开启该项。但在分析刚性连结或耦合结点时不能激活该项。在刚度急剧变化的结构分析中也不应开启该项。

KEYOPT（7）用来控制是否进行不对称回转阻尼矩阵的计算（常用于转子动态分析），所须转动频率在实常数SPIN中输入（单位为：弧度/时间，正方向为单元X轴正向），且单元本身必需是对称的（如，IYY＝IZZ，SHEARY＝SHEARZ）。

“节点与单元荷载〞一节对“单元荷载〞有专门介绍。可以在本单元的表面施加面荷载，如上图中带圈数字所示，其中箭头指向为面荷载作用正向。横向均布压力的单位为力每单位长度，端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT（10）用来控制线性变化的横向压力相对单元节点的偏移量。可在单元几何图形的八个角上设定温度值，其被当作体荷载处理。第一个角上的温度T1的默认值为TUNIF，如其它角的温度未给定时其默认值等于第一个角的温度，如给定了T1和T2则T3的默认值为T2，T4的默认值为T1；T5到T8的值默认与T1到T4的值相对应。

KEYOPT（9）用来控制两节点中间部分相关值的输出状况，值是按平衡条件得出的。但在以下状况下这些值不能得到：

?考虑应力硬化时［SSTIF，ON］；

?一个以上的部件作用有角速度时［OMEGA]；

?通过命令CGOMGA,DOMEGA,orDCG/MG作用了角速度或加速度时。BEAM4输入参数汇总：

节点：I,J，K（K为方向节点，是可选的）自由度：UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ实常数：

AREA,IZZ,IYY,TKZ,TKY,THETA

ISTRN,IXX,SHEARZ,SHEARY,SPIN,ADDMAS这些实常数的含义见“BEAM4实常数表〞

说明：剪切变形系数＝0，则在单元的Y方向没有剪切变形。材料属性：EX,ALPX,DENS,GXY,DAMP表面荷载：

压力-（括号内为压力正值作用方向）

face1(I-J)(-Z法线方向)face2(I-J)(－Y法线方向)face3(I－J)(+X轴切线方向)

face4(I)(+X轴向)face5(J)(-X轴向)

（如输入的压力为负值表示与几何模型图中方向反向作用)体荷载：

温度作用--T1,T2,T3,T4，T5，T6，T7，T8

特性：

应力加强大变形单元生、死

单元选项：

KEYOPT（2）应力硬化选项：

0――在“大变形选项〞被考虑（即NELGEOM设为ON）时仅用于主切线刚度矩阵部

分（应力硬化关效应用于线性屈曲分析或用PSTRES激活（即设为ON）后的线性预应力分析中）

1――在“大变形选项〞被考虑（即NELGEOM设为ON）时用于相容切线刚度矩阵（即

主切线刚度矩阵与相容应力刚度矩阵的和），且此时用于设定非线性问题中考虑应力硬化的选项将被忽略（即SSTIF,ON是无效的），另如SOLCONTROL被设为ON且NLGEOM也为ON时,KEYOPT(2)会自动被设为1。

2――SOLCONTROL被设为ON时,也不用于相容切线刚度矩阵，这在单元用于通过设

定一个大的实常数来仿真刚性体时是必要的。其实KEYOPT(2)=2与KEYOPT(2)=0的意义是一样的,有所区别的是KEYOPT(2)=0要受SOLCONTROL为ON或OFF的控制,而KEYOPT(2)=2则不受SOLCONTROL的控制。KEYOPT(6)控制构件力及弯矩的输出

0――不输出

1――输出单元坐标系下的构件的力与弯矩。

KEYOPT(7)控制“回转阻尼矩阵〞

0――不计回转阻尼矩阵

1――计算回转阻尼矩阵，且实常数SPIN必应大于0，IYY＝IZZ。

KEYOPT(9)控制单元节点间计算点的输出状况

N――输出计算点数（N＝0,1，3,5，7,9）

KEYOPT（10）用于控制用SFBEAM指令输入荷载偏移量的输入方法：

0――以长度为单位，直接输入压力相对于I，J节点的偏移量1――以偏移量与单元长度的比值为单位（0～1），用相对值形式输入偏移

BEAM4实常数表序号名称描述1AREA横截面积2IZZ惯性矩3IYY惯性矩4TKZ沿Z轴单元厚度5TKY沿Y轴单元厚度6THETA绕X轴的转角7ISTRN初始应变8IXX扭转惯性矩9SHEARZ剪切变形常数Z[1]10SHEARY剪切变形常数Y[2]11SPIN转动频率(当KEYOPT(7)=1时设定)12ADDMAS附加质量/单位长度1、SHEARZ与IZZ有关联，假使SHWARZ＝0则表示忽略单元Y方向的剪切变形；2、SHEARY与IYY有关连，假使SHWARY＝0则表示忽略单元Z方向的剪切变形。BEAM4的输出数据:

单元的求解结果总体为以下两部分：?节点位移含全部节点解；

?单元解，细则见“BEAM4单元输出数据一览表〞

以下是对“BEAM4应力计算结果示意图〞的一些说明：

如图，最大应力是指轴向应力与弯曲应力绝对值之和，最小应力是指轴向应力与弯曲应力绝对值之差。有关求解输出的总体性介绍请见“SolutionOutput〞，而有关结果内容观测的一些方法见“ANSYSBasicAnalysisGuide〞

BEAM4应力计算结果示意图

以下“单元输出信息表〞中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列表示某一变量值是否在输出文件中给出，第四列某一变量值是否在结果文件中给出。

无论是第三还是第四列，“Y〞表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－〞则表示不输出。

单元输出信息表名称定义OREL单元号YYNODES单元节点-I,JYYMAT单元材料号YYVOLU:单元体积-YXC,YC,ZC输出结果坐标Y3TEMP积分点上的温度T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8YYPRESSDIRSBYTSBYBSBZTSBZBSMAXSMINEPELDIREPELBYTEPELBYBEPELBZTEPELBZB压力P1atnodesI,J;偏移量1atI,J;压力P2atI,J;偏移量2atI,J;压力P3atI,J;偏移量3atI,J;压力P4atI;压力P5atJ轴向正应力梁内单元+Y面上的弯曲应力梁内单元-Y面上的弯曲应力梁内单元+Z面上的弯曲应力梁内单元-Z面上的弯曲应力最大应力(正应力+弯曲应力)最小应力(正应力-弯曲应力)端部轴向弹性应变梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变梁内单元-Z面上的弯曲弹性应变YY111111111111111111111111EPTHDIR端点轴向热应变EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变EPTHBZB梁内单元-Z面上的弯曲热应变EPINAXL单元初始轴向应变MFOR(X,Y,单元坐标系中X，Y，Z方向的力Z)MMOM(X,Y,单元坐标系中X，Y，Z方向的弯矩Z)说明：1、每个单元的节点I，J及中间点（见KEYOPT（9））均列出该项结果；2、假使KEYOPT(6)=1；3、仅在几何中心作*GET的一个项目可用。1111111111112Y2Y“BEAM4项目和序号表〞中列出了在后处理中可通过ETABLE命令加参数及数字序号的方法定义可列表观测的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“TheGeneralPostprocessor(POST1)〞和“TheItemandSequenceNumberTable〞部分。下面是表格“BEAM4项目和序号表（KEYOPT（9）＝0）〞到“BEAM4项目和序号表（KEYOPT（9）＝9）〞的一些使用说明：

Name

指在“BEAM4单元输出信息表〞中的有关变量。Item

命令ETABLE中使用的参数。E

单元数据为常数或单值时对应的序号。I,J

节点I,J所对应的数字序号。ILN

中间点的的顺序号

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9)=0)ETABLE和ESOL命令输入项OutputQuantityName（变量名）ItemEIJSDIR轴向直接应力LS-16SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LS-27SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LS-38SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力LS-49SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力LS-510EPELDIR端部轴向弹性应变LEPEL-16EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-27EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变LEPEL-38EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变LEPEL-49EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变LEPEL-510SMAX最大应力(正应力+弯曲应力)NMISC-13SMIN最小应力(正应力-弯曲应力)NMISC-24EPTHDIR端点轴向热应变LEPTH-16EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变LEPTH-27EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变LEPTH-38EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变LEPTH-49EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变LEPTH-510EPINAXL单元初始轴向应变LEPTH11--

MFORX单元坐标系中X方向的力MFORY单元坐标系中Y方向的力MFORZ单元坐标系中Z方向的力MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩P1压力1在节点I,J间OFFST1压力1距节点偏移量P2压力2在节点I,J间OFFST2压力2距节点偏移量P3压力3在节点I,J间OFFST3压力3距节点偏移量P4压力4P5压力5温度LBFESMISC-1SMISC-2SMISC-3SMISC-4SMISC-5SMISC-6SMISC-13SMISC-15SMISC-17SMISC-19SMISC-21SMISC-23SMISC-25SMISC--PseudoNode（假节点）12345671234567789101112141618202224-2688

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9)=1)OutputQuantityNameSDIR轴向直接应力SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力EPELDIR端部轴向弹性应变EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变SMAX最大应力(正应力+弯曲应力)SMIN最小应力(正应力-弯曲应力)EPTHDIR端点轴向热应变EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变EPINAXL单元初始轴向应变MFORX单元坐标系中X方向的力MFORY单元坐标系中Y方向的力MFORZ单元坐标系中Z方向的力MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩P1压力1在节点I,J间OFFST1压力1距节点偏移量P2压力2在节点I,J间OFFST2压力2距节点偏移量P3压力3在节点I,J间ETABLEandESOLCommandInputItemEIIL1JLS-1611LS-2712LS-3813LS-4914LS-51015LEPEL-1611LEPEL-2712LEPEL-3813LEPEL-4914LEPEL-51015NMISC-135NMISC-246LEPTH-1611LEPTH-2712LEPTH-3813LEPTH-4914LEPTH-51015LEPTH16---SMISC-1713SMISC-2814SMISC-3915SMISC-41016SMISC-51117SMISC-61218SMISC-19-20SMISC-21-22SMISC-23-24SMISC-25-26SMISC-27-28OFFST3压力3距节点偏移量P4压力4P5压力5TEMPSMISCSMISCSMISC11LBFE22-29--31----PseudoNode345673456730-3288

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9)=3)OutputQuantityNameSDIR轴向直接应力SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力EPELDIR端部轴向弹性应变EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变SMAX最大应力(正应力+弯曲应力)SMIN最小应力(正应力-弯曲应力)EPTHDIR端点轴向热应变EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变EPINAXL单元初始轴向应变MFORX单元坐标系中X方向的力MFORY单元坐标系中Y方向的力MFORZ单元坐标系中Z方向的力MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩P1压力1在节点I,J间OFFST1压力1距节点偏移量P2压力2在节点I,J间OFFST2压力2距节点偏移量P3压力3在节点I,J间OFFST3压力3距节点偏移量P4压力4P5压力5TEMPItemLSLSLSLSLSLEPELLEPELLEPELLEPELLEPELNMISCNMISCLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISC11LBFEETABLEandESOLCommandInputEIIL1IL2IL3-161116-271217-381318-491419-5101520-161116-271217-381318-491419-5101520-1357-2468-161116-271217-381318-491419-510152026-----171319-281420-391521-4101622-5111723-6121824-31----33----35----37----39----41----43--------PseudoNode234567234567J212223242521222324259102122232425-2526272829303234363840424488

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9)=5)OutputQuantityNameSDIR轴向直接应力ItemLSETABLEandESOLCommandInputEIIL1IL2IL3IL4-16111621IL526J31SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LSSBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LSSBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力LSSBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力LSEPELDIR端部轴向弹性应变LEPELEPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性LEPEL应变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性LEPEL应变EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性LEPEL应变EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹LEPEL性应变SMAX最大应力(正应力+弯曲应力)NMISCSMIN最小应力(正应力-弯曲应力)NMISCEPTHDIR端点轴向热应变LEPTHEPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热LEPTH应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热LEPTH应变EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应LEPTH变EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热LEPTH应变EPINAXL单元初始轴向应变LEPTHMFORX单元坐标系中X方向的力SMISCMFORY单元坐标系中Y方向的力SMISCMFORZ单元坐标系中Z方向的力SMISCMMOMX单元坐标系中X方向的弯矩SMISCMMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩SMISCMMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩SMISCP1压力1在节点I,J间SMISCOFFST1压力1距节点偏移量SMISCP2压力2在节点I,J间SMISCOFFST2压力2距节点偏移量SMISCP3压力3在节点I,J间SMISCOFFST3压力3距节点偏移量SMISCP4压力4SMISCP5压力5SMISC1TEMPLBFE1----------------36--------------222345123451212345-12345643454749515355-78910678910346789101213141511121314155611121314151718192016171819207816171819202223242521222324259102122232425-252627282930--------7727282930262728293011122627282930-313233343536--------32333435313233343513143132333435-373839404142444648505254-5688---713198142091521101622111723121824------------------------PseudoNode34563456BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9)=7)OutputQuantityNameSDIR轴向直接应力SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力ItemLSLSLSLSLSE-----I12345ETABLEandESOLCommandInputIL1IL2IL3IL4IL56111621267121722278131823289141924291015202530IL63132333435IL73637383940J4142434445EPELDIR端部轴向弹性应变EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变SMAX最大应力(正应力+弯曲应力)SMIN最小应力(正应力-弯曲应力)EPTHDIR端点轴向热应变EPTHBYT梁内单元+Y面上的弯曲热应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯曲热应变EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变EPINAXL单元初始轴向应变MFORX单元坐标系中X方向的力MFORY单元坐标系中Y方向的力MFORZ单元坐标系中Z方向的力MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩P1压力1在节点I,J间OFFST1压力1距节点偏移量P2压力2在节点I,J间OFFST2压力2距节点偏移量P3压力3在节点I,J间OFFST3压力3距节点偏移量P4压力4P5压力5TEMPLEPELLEPELLEPELLEPELLEPELNMISCNMISCLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHLEPTHSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISCSMISC------------46--------------11123451212345-12345655575961636567-2267891034678910-789101112--------331112131415561112131415-131415161718--------161718192078161718192021222324259102122232425262728293011122627282930-313233343536--------66313233343513143132333435-373839404142--------77363738394015163637383940-434445464748--------414243444517184142434445-495051525354565860626466-6888LBFE--192520262127222823292430----------------PseudoNode4545BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9)=7)ItemSDIR轴向直接应力LSSBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力LSSBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力LSSBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力LSSBZB梁内单元－Z面上的弯曲应LS力EPELDIR端部轴向弹性应变LEPELEPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲LEPEL弹性应变OutputQuantityNameE-------I1234512ETABLEandESOLCommandInputIL1IL2IL3IL4IL5IL6IL7IL8IL9611162126313641467121722273237424781318232833384348914192429343944491015671112201617252122302627353132403637454142504647J51525354555152EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲LEPEL弹性应变EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲LEPEL弹性应变EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲LEPEL弹性应变SMAX最大应力(正应力+弯曲应NMISC力)SMIN最小应力(正应力-弯曲应NMISC力)EPTHDIR端点轴向热应变LEPTHEPTHBYT梁内单元+Y面上的弯LEPTH曲热应变EPTHBYB梁内单元-Y面上的弯LEPTH曲热应变EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲LEPTH热应变EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲LEPTH热应变EPINAXL单元初始轴向应变LEPTHMFORX单元坐标系中X方向的力SMISCMFORY单元坐标系中Y方向的力SMISCMFORZ单元坐标系中Z方向的力SMISCMMOMX单元坐标系中X方向的弯矩SMISCMMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩SMISCMMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩SMISCP1压力1在节点I,J间SMISCOFFST1压力1距节点偏移量SMISCP2压力2在节点I,J间SMISCOFFST2压力2距节点偏移量SMISCP3压力3在节点I,J间SMISCOFFST3压力3距节点偏移量SMISCP4压力4SMISCP5压力5SMISCTEMPLBFE----------56--------------3451212345891314181920781617181920-192021222324--------332324259102122232425282930111226272829303334351314313233343538394015163637383940-434445464748--------6643444517184142434445-495051525354--------7748495019204647484950-555657585960--------53545521225152535455-616263646566687072747678-8088101534678956111213141015-131415161718--------22--17283941051161267-69-71-73-75-77-79---11---253137263238273339283440293541303642------------------------PseudoNode4545

假设与限制:

?长度及面积不可为0，当不进行大变形分析时惯性矩可以为0;

?对任何形状截面的梁等效高度必需先行决定，由于弯曲应力的计算为中性轴至最外边的距

离为高度的一半；

?单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；

?作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；

?当使用相容切线刚度矩阵（KEYOPT(2)=1）时，一定要注意使用切合实际的（即，按比

例的）单元实常数。这是由于相容应力刚度矩阵是基于单元应力计算的，假使人为取过大或过小的截面特性，则计算的应力可能不正确，导致相应的应力刚度矩阵也不正确（相容应力刚度矩阵的某些分量或能变成无穷大）。类似的取不适合的实常数带来的问题可能在线性预应力或线性屈曲分析（［PETRES，ON］）中发生。

?在回转仪的模态分析中，特征值的计算对初位移的变化是十分敏感的，可能导致特征值的

实部或虚部也可能两部分含有潜在的错误。BEAM4在软件各产品中的使用限制：

当使用以下产品时，BEAM3单元的使用还要受到以下限制：ANSYS专业版：

?实常数SPIN（转动频率）无效；?不能计算阻尼材料；

?关键选项KEYOPT（2）只能为0；?关键选项KEYOPT（7）只能为0；

?能考虑的特性仅限应力硬化及大挠度两项。Beam188单元描述：

Beam188单元适合于分析从修长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。

Beam188是三维线性（2节点）或者二次梁单元。每个节点有六个或者七个自由度，自由度的个数取决于KEYOPT(1)的值。当KEYOPT(1)＝0（缺省）时，每个节点有六个自由度；节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。当KEYOPT(1)=1时，每个节点有七个自由度，这时引入了第七个自由度（横截面的翘曲）。这个单元十分适合线性、大角度转动和/并非线性大应变问题。

当NLGEOM开启的时候，beam188的应力刚化，在任何分析中都是缺省项。应力加强选项使本单元能分析弯曲、横向及扭转稳定问题（用弧长法）分析特征值屈曲和塌陷）。

Beam188/beam189可以采用sectype、secdata、secoffset、secwrite及secre