ansys經(jīng)典單元類型BEAM188中文說明

2016-08-15  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

ansys經(jīng)典單元類型:梁單元:BEAM188中文說明:

BEAM188 — 3-D 線性有限應(yīng)變梁

(基于Ansys 5.61的help)

MP ME ST PR PP ED

元素描述

BEAM188 適用于分析細長的梁。此元素能很好的應(yīng)用于線性(分析),大偏轉(zhuǎn),大應(yīng)力的非線性(分析)。元素是基于Timoshenko 梁理論的。 具有扭切變形效果。

BEAM188 是一個二節(jié)點的三維線性梁。 BEAM188 在每個節(jié)點上有6或7個自由度,(自由度)數(shù)目的變化是由KEYOPT(1)來控制的。當 KEYOPT(1) = 0時 (默認), 每節(jié)點有6個自由度。分別是沿x,y,z的位移及繞其的轉(zhuǎn)動。 當 KEYOPT(1) = 1時,會添加第七個自由度 (翹曲量) 。

BEAM188包含應(yīng)力剛度,在默認情況下,在某些分析中由 NLGEOM來打開。在進行彎曲(flexural),側(cè)向彎曲( lateral), 和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性( torsional stability)分析時,應(yīng)力剛度應(yīng)該是被打開的。

BEAM188 能夠采用SECTYPE, SECDATA, SECOFFSET, SECWRITE,和 SECREAD來定義任何截面(形狀)。. 彈性(elasticity),蠕變( creep),和塑性( plasticity)模型都是允許的 (不考慮次截面形狀)。

圖1. BEAM188 3-D 線性有限應(yīng)變梁

輸入數(shù)據(jù)

(元素的)幾何形狀,節(jié)點為止,即元素坐標系圖示于 BEAM188。BEAM188在模型坐標系中是由節(jié)點 I 和節(jié)點 J 來定義的。節(jié)點 K 是必需的元素方向點定義。有關(guān)方向點的相關(guān)信息詳見Generating a Beam Mesh With Orientation Nodes 在 ANSYS Modeling and Meshing Guide中。于LMESH 和 LATT命令說明中可見節(jié)點 K 的自動定義的詳細說明。

在空間中這是一個沒有量綱的元素。截面形狀是用SECTYPE 和 SECDATA 命令 (詳見 ANSYS Commands Reference )來獨立定宓摹C懇桓黿孛嫘巫淳囟ㄒ桓?ID 號(SECNUM)。截面號是特定的元素屬性。

梁元素是基于 Timoshenko 梁理論的,這是一個一階切應(yīng)變理論:橫向切應(yīng)變在截面中是常量;也就是說截面在變形后仍是平面。 BEAM188是一階 Timoshenko 梁元素,它用一個點在長度上來(代替截面)。應(yīng)此當在節(jié)點 I  和 J 上使用SMISC參數(shù)的話會顯示每個端點節(jié)點的形心。 BEAM188 能被用于細長(slender)或粗壯( stout???)的梁。因為一階切應(yīng)變理論的限制,自有適當厚度的梁能被分析。梁結(jié)構(gòu)上的細長比 (GAL2/(EI)) 能夠用來判斷是否采用此元素:

在整體(偏移)距離而不是單個元素的情況下記錄這個比值是重要的。 懸臂梁受向下的負載提供了懸臂梁在受向下的負載的情況下橫向切應(yīng)變的一個估評。雖然這個結(jié)果不能外推到所有的情況,但可以作為一個指導(dǎo)。我們推薦細長比應(yīng)大于30 。

圖 2. 懸臂梁受向下的負載

元素能提供一個橫向剪切力與橫向切應(yīng)變的彈性關(guān)系。你可以用實常量來定義橫向剪切剛度。

 扭轉(zhuǎn)變形的St. Venant 翹曲決定了一個綜合狀態(tài),它可以使(材料)在屈服后的切應(yīng)力變得平均。 ANSYS 不提供對橫截面或可能出現(xiàn)塑性屈服的橫截面上的扭切分布情況的換算。應(yīng)此因扭轉(zhuǎn)負載而引起的大的非彈性的變形應(yīng)當進行討論,(ansys)也會檢查并給處警告。在這種情況下推薦用實體或殼模型來代替。

在默認情況下BEAM188 元素假設(shè)橫截面上的彎曲很小可以被忽略(KEYOPT(1) = 0)。你可以使用KEYOPT(1) = 1來打開彎曲度的自由度。如果此自由度被打開那每個節(jié)點會有7個自由度: UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, 和 WARP。

BEAM188 允許用一個軸向延伸率的函數(shù)來改變橫截面的轉(zhuǎn)動慣量。默認情況下元素橫截面的面積可以改變,但元素的體積在變形前后是相同的。此默認同樣適用于elasto-plastic 情況。使用KEYOPT(2), 你能使橫截面面積為一個常量或保持不變。

元素的輸出在元素的積分位置和橫截面的積分點上都是有效的。

梁在長度方向的積分點(高斯點)如(圖) 積分位置  所示。

Figure 3. 3-D 線性有限應(yīng)變梁元素的積分位置

截面的應(yīng)力與力(包含彎矩)都是在積分點上獲得的。元素基本點的輸出會外推到元素的節(jié)點。

BEAM188 的一些剖面關(guān)聯(lián)量(面積的積分,位置,泊松比函數(shù),函數(shù)的導(dǎo)數(shù)等等) ,在使用SECTYPE 和 SECDATA命令定義截面時會自動分配到一個序列號。每一個截面區(qū)域預(yù)定為由9個節(jié)點組成。 相交區(qū)域模型 舉例說明矩形塊和槽形塊的模型情況。每個單元有4個積分點。

Figure 4. BEAM188 相交區(qū)域模型

 BEAM188 提供剖面積分點和節(jié)點的結(jié)果輸出。但你僅能查看邊界上的輸出。 (PRSSOL 打印BEAM188 剖面節(jié)點和積分點的解。應(yīng)力和應(yīng)變是在節(jié)點上的,塑性應(yīng)力,塑性功,潛變應(yīng)變則是在積分點上。)

當元素的材料具有非線性狀態(tài)或有通過剖面的溫度時,計算是在積分點上進行的。在大量通用彈性應(yīng)用中],元素采用剖面積分點的pre-calculated 特性。應(yīng)此,應(yīng)力與應(yīng)變的輸出均是經(jīng)過了積分點的計算的。

如果截面分配了次截面 ASEC, 那么只有一般性的應(yīng)力與應(yīng)變 (軸向力, 彎矩, 切向應(yīng)變,(彎曲)曲率, 和切應(yīng)力)能夠輸出。 3-D 的輪廓圖和變形顯示圖是不可用的。 ASEC 次截面只能被作為一個薄矩形塊來顯示驗證梁的方向。

質(zhì)量矩陣與負載向量的相容性的評估,相對于使用的剛度矩陣來說是一個高階積分。元素提供包含相容性與集中的質(zhì)量初矩陣。使 LUMPM,ON 可以讓質(zhì)量矩陣(質(zhì)量)集中。(系統(tǒng))默認使用相容性矩陣。單位長度的質(zhì)量可以用 ADDMAS 作為實常量來輸入。詳見 輸入概述。

力是相加在節(jié)點上的(定義在元素主方向)。如果形心軸不與元素主方向重合,那么附加的軸向力會引起彎曲。(同樣)如果形心和扭轉(zhuǎn)中心不重合的話,扭轉(zhuǎn)力也會引起扭轉(zhuǎn)變形和扭矩。應(yīng)次節(jié)點的定位應(yīng)當與力的中心向重合。使用 SECOFFSET 命令可以適當?shù)母淖僌FFSETY和 OFFSETZ  的幅角。默認情況下 ANSYS 用形心來定義元素的主軸。

在 節(jié)點和元素負載中有元素負載的描述。壓力是作為一種面負載來作用在元素表面上的,(元素的面可見)圖BEAM188.中帶圈文字的顯示。正向壓力一壓力(常規(guī)形式)輸入。側(cè)向壓力以單位長度上的力來輸入。尾端壓力以力(的形式)輸入。

BEAM188 與ansys中的其他基于埃爾米特多項式(Hermitian polynomial)的元素(f比如說BEAM4).不同,它是基于線性多項式(linear polynomials)的。因此分布式(周延式)負載的偏移在說明中是不允許的。此外不支持非節(jié)點上的集中力。(必須加的話)推薦用加細元素的方法。BEAM188 計算的準確性與收斂性與元素的細化程度相關(guān)。

溫度作為一種體負載可以加在每個端點節(jié)點的三個方向上。在端點上,加在元素主方向(x-axis)上的溫度是 (T(0,0)), y 方向上為(T(1,0)),  z 方向上為 (T(0,1)).。第一個溫度坐標T(0,0) 默認為 TUNIF。綣齠ㄒ辶說諞桓鑫露齲敲雌淥木銜諞桓觥?如果僅在節(jié)點 I 上輸入溫度,那節(jié)點 J 默認對應(yīng)于節(jié)點 I 。其他的輸入形式如果未定以均默認為 TUNIF。

KEYOPT(10) = 1 用于從用戶子程序中讀入初始應(yīng)力數(shù)據(jù)。用戶子程序的詳細敘述請見 ANSYS Guide to User Programmable Features 。

輸入概述中給出了元素輸入的一個概括說明。

BEAM188 輸入概述

輸出數(shù)據(jù)

單元解的輸出有兩種:

·             節(jié)點位移解包含于節(jié)點解中。

·             元素附加解請見 元素輸出定義

多數(shù)情況下,我們推薦 KEYOPT(8) = 2 和 KEYOPT(9) = 2。 詳見 ANSYS Basic Analysis Guide f 。

要在結(jié)構(gòu)靜態(tài)或瞬態(tài)分析中觀察 BEAM188 的3-D不變形的形狀,可以用 OUTRES,MISC 或OUTRES,ALL 。要在屈曲分析中觀察3D模型,必須進行模態(tài)擴展(Elcalc = YES on MXPAND) 。

元素輸出表格中所用的符號:

冒號(:)表示可以由[ETABLE, ESOL]的形式獲取。 O 列表是存在于 Jobname.OUT中。  R列表示存在于結(jié)果文件中。

在 O 或 R 列中, Y 表示該項肯定有, 數(shù)字則表示注釋條件下獲得, " -- " 表示不存在此項。

表 1. BEAM188 元素輸出描述

1.           見 KEYOPT(6)的描述

2.           見 KEYOPT(7), KEYOPT(8), KEYOPT(9)的描述

3.           自由當形心用 *GET 獲取

使用 ETABLE 和 ESOL 命令的項目和順序號(KEYOPT(9) = 0) 列出了輸出通過 ETABLE 命令采用順序號獲取的方法。在 The General Postprocessor (POST1) 于 ANSYS Basic Analysis Guide 和The "Item and Sequence Number" Table 中有詳細介紹。下面是 使用 ETABLE 和 ESOL 命令的項目和順序號(KEYOPT(9) = 0)的說明:

表 2. BEAM188 使用 ETABLE和 ESOL 命令的項目和順序號

假定與限值

梁長度不能為零。截面劃分不能多于250個。 This restriction is applicable to the standard library sections that allow user specification of section model size, and for the MESH section subtype. By default (KEYOPT(1) = 0), the effect of warping restraint is assumed to be negligible. Cross section failure or folding is not accounted for.

It is a common practice in civil engineering to model the frame members of a typical multi-storied structure using a single element for each member. Because of cubic interpolation of lateral displacement, BEAM4 and BEAM44 are well-suited for such an approach. However, if BEAM188 is used in that type of application, be sure to use several elements for each frame member. BEAM188 includes the effects of transverse shear.

This element works best with the full Newton-Raphson solution scheme (that is, the default choice in solution control). For nonlinear problems that are dominated by large rotations, we recommend that you do not use PRED,ON.

Note that only moderately "thick" beams may be analyzed. See the Input Datasection for more information.

The treatment of material nonlinearities at the section points is based on uncoupled behavior between the stress components. Axial and the torsional shear stress components behave independently. As a result of this approximation, the equivalent stress output by PRSSOL may at times exceed yield stress and yet no active yielding is reported. Under such circumstance, use OUTPR and set KEYOPT(7) = 2 to see actual section point shear stress values.

Product Restrictions

There are no product-specific restrictions for this element.

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