Beam188

Beam1883维线性有限应变梁单元Beam188单元描述Beam188单元适合于分析从细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）。这个单元非常适合线性、大角度转动和/并非线性大应变问题。当NLGEOM打开的时候，beam188的应力刚化，在任何分析中都是缺省项。应力强化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secread定义横截面。本单元支持弹性、蠕变及素性模型（不考虑横截面子模型）。这种单元类型的截面可以是不同材料组成的组和截面。Beam188从6.0版本开始忽略任何实参数，参考seccontrols命令来定义横向剪切刚度和附加质量。单元坐标系统（/psymb，esys）与beam188单元无关。下图是单元几何示意图：BEAM188输入数据该单元的几何形状、节点位置、坐标体系如图“BEAMGeometry”所示，beam188由整体坐标系的节点i和j定义。节点K是定义单元方向的所选方式，有关方向节点和梁的网格划分的信息可以参见ANSYSModelingandMeshingGuide中的GeneratingaBeamMeshWithOrientationNodes。参考lmesh和latt命令描述可以得到k节点自动生成的详细资料。Beam188可以在没有方向节点的情况下被定义。在这种情况下，单元的x轴方向为i节点指向j节点。对于两节点的情况，默认的y轴方向按平行x－y平面自动计算。对于单元平行与z轴的情况（或者斜度在0.01％以内），单元的y轴的方向平行与整体坐标的y轴（如图）。用第三个节点的选项，用户可以定义单元的x轴方向。如果两者都定义了，那么第三节点的选项优先考虑。第三个节点（K），如果采用的话，将和i、j节点一起定义包含单元x轴和z轴的平面(如图)。如果该单元采用大变形分析，需要注意这个第三号节点紧紧在定义初始单元方向的时候有效。梁单元是一维空间线单元。横截面资料用sectype和secdata命令独立的提供，参见ANSYSStructuralAnalysisGuide的BeamAnalysisandCrossSections看详细资料。截面与单元用截面ID号（SECNUM）来关联，截面号是独立的单元属性。除了等截面，还可以用sectype命令中的锥形选项来定义锥形截面（参考DefiningaTaperedBeam）。单元基于铁木辛哥梁理论，这个理论是一阶剪切变形理论；横向剪切应力在横截面是不变的，也就是说变形后横截面保持平面不发生扭曲。Beam188是一阶铁木辛哥梁单元，沿着长度用了一个积分点，用默认的KEYOPT(3)设置。因此，在i和j节点要求SMISC数值的时候，中间数值在两端节点均输出。当KEYOPT（1）设置为2，两个积分点作为延长的线性变量被运用。Beam188/beam189单元可以用在细长或者短粗的梁。由于一阶剪切变形的限制，只有适度的“粗”梁可以分析。梁的长细比（GAL2/(EI))可以用来判定单元的适用性，这里：G剪切模量A截面积L长度EI抗弯刚度需要注意的是这个比例的计算需要用一些全局距离尺寸，不是基于独立的单元尺度。下面这个图提供了受端部集中荷载的悬臂梁的横向剪切变形的评估，这个例子可以作为一个很好的大致的指导。我们推荐长细比要大于30。Figure188.2TransverseShearDeformationEstimation长细比(GAL2/(EI))铁木辛哥/欧拉－伯努力(δTimoshenko/δEuler-Bernoulli)251.120501.0601001.03010001.003这些单元支持横向剪切力和横向剪切变应力的弹性关系。你可以用seccontrols命令忽略默认的横向剪切刚度值。无形变的状态决定了扭转作用引起的St.Venant翘曲变形，甚至可以用来定义屈服后的剪应力。Ansys没有提供选项来不成型的结构重新计算，这种结构是由分析过程中的扭转剪切对横截面的作用和可能的截面的部分塑性屈服引起的。正因为此，由扭转作用引起的非弹性大变形需要小心的来处理和较合。在这样的情况下，要求用solid或者shell单元来替换。Beam188/beam189单元支持“约束扭转”分析，通过定义梁节点的第七个自由度来实现。Beam188单元默认的假设是截面的扭转是足够小的以至于可以忽略（KEYOPT（1）＝0）。你可以激活它的扭转自由度通过定义KEYOPT（1）＝1。当激活节点的扭转自由度的时候，每个节点有七个自由度：UX，UY，UZ，ROTX,ROTY,ROTZ,andWARP。当KEYOPT(1)=1，双力矩合双弧线将被输出。实际上，当两个“约束扭转”的单元以一个尖锐的角度组合在一起的时候，你需要耦合他们的唯一合转角，但是它们平面外的自由度解藕。通过用两个节点在物理位置和运用合适的约束可以一般地实现。这个过程很容易的（自动的）实现，通过ENDRELEASE命令，这个命令将两个临近横截面相交角度大于20度的单元的平面外扭转解耦。Beam188允许改变横截面惯性属性来实现轴向伸长的功能。默认的，截面面积改变来使得单元的体积变形后不变化。这种默认的值对于弹塑性应用是适用的。通过运用KEYOPT（2）,你可以选择使得横截面是恒定的或者刚性的。单元的输出在单元积分位置和截面的积分点是可以用到的。沿着梁长度的积分点（高丝点）如图Figure188.3:BEAM188ElementIntegrationStations所示：Figure188.3BEAM188ElementIntegrationStations截面的应变和力（包括弯距）可以在这些积分点上得到。单元支持输出选项来外推这些数值到单元的节点。Beam188/beam189的在一些截面点的截面相关量（积分面积、位置、泊松比、函数倒数等）通过用sectype和secdata命令自动计算得到。每个截面假定是由一系列预先决定的9节点元组合而成。下面的图形描述了模型运用矩形截面亚类和槽型截面亚类。每个截面单元有4个积分点，每个可能与独立的材料种类相关联。Figure188.4Cross-SectionCellsBeam188/beam189提供在积分点和界面节点输出的选项。你可以要求紧紧在截面的外表面输出。（PRSSOL打印截面节点和截面积分点结果。应力和应变在截面的截面打印，塑性应变，塑性作用，蠕变应力在截面的积分点输出。当与单元相关的材料有非弹性的行为或者当截面的温度在截面中有变化，基本计算在截面的积分点上运行。对于更多的普通的弹性的运用，单元运用预先计算好的单元积分点上的截面属性。无论如何，应力和应变通过截面的积分点输出来计算。如果截面指定为ASEC亚类，仅仅广义的应力和应变（轴力、弯距、横向剪切、弯曲、剪应力）能够输出。3－D轮廓线和变形形状不能输出。ASEC亚类紧紧可以作为细矩形来显示来定义梁的方向。Beam188/beam189能够对组合梁进行分析，（例如，那些由两种或者两个以上材料复合而成的简单的实体梁）。这些组件被假设为完全固接在一起的。因此，该梁表现为一单一的元件。多材料截面能力仅仅在梁的行为假定（铁木辛哥或者伯努力欧拉梁理论）成立的时候能运用。用其他的话说，支持简单的传统铁木辛哥梁理论的扩展。在这些地方可能应用到：•双层金属带•带金属加固的梁•位于不同材料组成的层上的传感器Beam188/beam189计算在截面刚度水平上的弯距和扭距的耦合。横向的剪切也作为一个独立的量来计算。这对于分层的组合物和夹层量可能会有很大的影响，如果街头处不平衡。Beam188/189没有用高阶理论来计算剪切应力的变更贡献，如果这些作用必须考虑的话，就需要运用ANSYS实体单元。要使beam188/beam189用于特殊的应用，作试验或者其他的数值分析。在合适验证后使用对于组合截面的约束扭曲的选项对于质量矩阵和一致荷载向量的赋值，比刚度矩阵使用的规则更高阶积分规则被使用到。单元支持一致质量矩阵和集中质量矩阵。用LUMPM，ON命令来激活集中质量矩阵。一致质量矩阵时默认使用的。每单位长度的附加质量将用ADDMAS截面控制来输入，参见BEAM188InputSummary。在节点（这些截面定义了单元的x轴）上施加力，如果重心轴和单元的x轴不是共线的，施加的轴力将产生弯距。如果质心和剪切中心不是重合的，施加的剪切力将导致扭转应力和弯曲。因而需要设置节点在那些你需要施加力的位置。可以适当的使用secoffset命令中的offsety和offsetz自变量。默认的，ansys会使用量单元的质心作为参考轴。单元荷载在NodeandElementLoads被描述。压力可能被作为单元表面力被输入，就像Figure188.1:BEAM188Geometry中带圈的数字所示。正的压力指向单元内部。水平压力作为单元长度的力来输入。端部的压力作为力输入。当keyopt（3）＝0的时候（默认），beam188基于线性多项式，和其他的基于厄密多项式的单元（例如beam44）不同，一般来说要求网格划分要细化。当keyopt（3）＝2，ansys增加了一个中间积分点在内插值图标，有效的使得单元成为基于二次型功能的铁木辛哥梁。这个选项迫切被要求，除非这个单元作为刚体使用，而且你必须维持和一阶shell单元的兼容性。线性变化的弯距被经且的表现。二次选项和beam189相似，有如下的不同：•不论是否使用二次选项，beam188单元最初始的几何总是直线。•你不能读取中间节点，所以边界条件/荷载不能在那些节点描述。均布荷载是不允许描述偏移的。不支持非节点的集中力。用二次选项（keyopt（3）＝2当单元大和契型截面相关。温度可以作为单元的体力在梁的每个端部节点的三个位置输入，单元的温度在单元的x轴被输入（T（0，0）,和在离开x轴一个单元长度的y轴（T（1，0）），和在离开x轴一个单元长度的z方向（T（0，1））。第一坐标温度T（0，0）默认是TUNIF。如果所有的温度在第一次以后是没有指明的，那么它们默认的就为第一次输入的温度。如果所有i节点的温度均输入了，j节点的都没有指明，那么j节点的温度默认的是等于i节点的温度。对于其他的输入模式，没有指明的温度默认的是TUNIF。你可以对该单元通过istress和isfile命令来定义初始应力状态。要获取更多的信息，可以参考ANSYSBasicAnalysisGuide的InitialStressLoading。可以替换的，你可以设置keyopt（10）＝1来从用户的子程序ustress来读取出初始应力。关于用户子程序的详细资料，参见ANSYSUserProgrammableFeatures的指南。应力刚化作用在单元中没有自动计算，如果对应力刚化作用需要非对称矩阵，使用nropt，unsym。在BEAM188InputSummary给出单元的输入总结。BEAM188InputSummary节点I,J,K(K,方向点,可选但被要求)自由度UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZifKEYOPT(1)=0UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,WARPifKEYOPT(1)=1SectionControls截面控制TXZ,TXY,ADDMAS(SeeSECCONTROLS)(TXZandTXYdefaulttoA*GXZandA*GXY,respectively,whereA=cross-sectionalarea)TX