ANSYS BEAM44单元详解.pdfVIP

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 BEAM188和 BEAM189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。 图 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所示。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所示。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。有关示例见上图。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 θ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（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》。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。 KEYOPT(7) 和 KEYOPT(8)允许在单元坐标系上节点上的单元节点约束释放。在做自由运动时，节点约束则不