關(guān)于ansys框架計(jì)算中beam4單元與beam188單元區(qū)別

2016-09-16 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

[討論] 關(guān)于ansys框架計(jì)算中beam4單元與beam188單元區(qū)別

關(guān)于ansys結(jié)構(gòu)計(jì)算中beam4單元與beam188單元、beam189單元區(qū)別,我們?cè)谟?jì)算中選取計(jì)算單元時(shí)總存在疑惑。 Beam4是一種可用于承受拉、壓、彎、扭的三維彈性梁?jiǎn)卧＿@種單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有六個(gè)自由度:x、y、z三個(gè)方向的線位移和繞x,y,z三個(gè)軸的角位移?？捎糜谟?jì)算應(yīng)力硬化及大變形的問(wèn)題。
Beam188與Beam189相對(duì)Beam4的第一個(gè)突出點(diǎn)是具有更出色的截面數(shù)據(jù)定義功能和可視化特性,橫截面定義指垂直于梁的軸向的截面形狀。ANSYS提供了11種常用梁截面形狀,并支持用戶自定義截面形狀。當(dāng)定義了一個(gè)橫截面時(shí),ANSYS建立一個(gè)9結(jié)點(diǎn)的數(shù)值模型來(lái)確定梁的截面特性(如lyy,lzz等),并通過(guò)求解泊松方程得到彎曲特征。第二個(gè)突出點(diǎn)是Beam188與Beam189自動(dòng)考慮了剪切變
形。
采用BEAM4建模時(shí),直接輸入截面特性:兩個(gè)主軸的慣性矩,高度,寬度,面積。ANSYS處理時(shí)直接調(diào)入?yún)?shù)計(jì)算。對(duì)于所有截面型式模型中均顯示為矩形,但對(duì)非矩形截面時(shí)并不是簡(jiǎn)單的等效為矩形,在雙向受力時(shí)按等效矩形計(jì)算是錯(cuò)誤的。
采用Beam188、Beam189建模時(shí),均采用自定義截面。自定義截面均未考慮型鋼截面的倒角,柱由兩根工字鋼(250X118X8)組焊而成,x-x,y-y軸慣性矩分別比實(shí)際減少了0.6%,19%。大梁由兩根槽鋼(250X78X7)組焊,x-x,y-y軸慣性矩分別比實(shí)際減少1.3%,17%。小梁采用200X100X7的工字鋼x-x,y-y軸慣性矩分別比實(shí)際減少0.8%,2%。可見(jiàn),對(duì)于常見(jiàn)截面型式,直接采用ANSYS提供的
截面誤差較小。對(duì)于一些組合梁自定義截面時(shí)應(yīng)計(jì)入型鋼倒角。
Beam4采用了主自由度的原理,是基于結(jié)構(gòu)力學(xué)經(jīng)典梁彎曲理論構(gòu)造的梁?jiǎn)卧?忽略了剪切變形的影響,應(yīng)用了中線的法線在變形后仍保持和中面垂直的直法線假設(shè)。
beam188 、Beam189基于Timoshenko梁的理論。采用相對(duì)自由度原理,考慮了剪切變形的影響,撓度和截面轉(zhuǎn)動(dòng)各自獨(dú)立插值,但仍假設(shè)中面的法線變形后仍保持直線(不一定仍與中面垂直),這類單元本質(zhì)上就是實(shí)體單元。
Beam188 、Beam189單元適合分析從細(xì)長(zhǎng)到中等粗細(xì)的梁結(jié)構(gòu)。但當(dāng)梁h/l→0時(shí),由于2結(jié)點(diǎn)Timoshenko單元Beam188,不象經(jīng)典梁?jiǎn)卧趽隙圈氐哪Ｊ街芯_的包含了三次函數(shù),因此正應(yīng)力誤差較大。通過(guò)增加單元數(shù)提高精度,將使自由度相應(yīng)成倍增加,因此對(duì)于剪切影響可以忽略的情形,可以采用經(jīng)典梁?jiǎn)卧?。?duì)于需要考慮剪切變形的影響時(shí),改用高次單元Beam189可得到非常好的結(jié)果。
實(shí)際工程中常常碰到特殊截面型式,采用Beam4單元時(shí)顯示為矩形截面,在此需要注意ANSYS 并不是等效為矩形截面,在具體計(jì)算時(shí)ANSYS 按需要調(diào)用輸入?yún)?shù),因此整個(gè)截面應(yīng)力是不正確的。從實(shí)際的工程分析的目的考慮,常常最關(guān)心的是單元邊緣和結(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力,截面高度與寬度按實(shí)際輸入,得到截面邊緣應(yīng)力是可以滿足工程需要的。當(dāng)關(guān)心整個(gè)截面應(yīng)力分布時(shí),應(yīng)考慮采用Beam188與Beam189。
對(duì)于中粗梁,剪切變形對(duì)位移影響較大,故應(yīng)考慮采用beam188或beam189。Ansys 對(duì)懸臂梁進(jìn)行分析認(rèn)為當(dāng)GAl2 /EI<30時(shí)需計(jì)入剪切變形影響,對(duì)于具體結(jié)構(gòu)此值可作為參考。在對(duì)剪切的影響不清楚,并且需要得到比較完善的結(jié)果時(shí),可以直接使用beam189單元。

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