Beam4.docx
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Beam4
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xyz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
（如果省略节点K或6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。
本单元的定义通常是以下这些输入参数确泄的：
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（0）,绕X轴（单元座标系下）扭转惯性矩（IXX）及材料属性。
如果IXX没有给左或输入值为0,那系统默认为其等于极惯性矩（IZZ+IYY）oIXX一般应给左且其小于极惯性矩。
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。
如果只给了两个节点参数，那单元Y轴的方向自动确立为平行于系统坐标系下的X-Y平而。
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。
用戸可以通过给泄（）角或定义第三个节点的方法来控制单元的方向。
如果前而的两个参数同时给左时，则以给豪第三点的控制为准。
第三点一经给出就意味着左义了一个由I,J,K三点左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，那么给左的第三节点（K）或旋转角（0）仅用来确左单元的初始状态。
（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）通过厶/L给泄，这里的△是单元长度L（由节点I和J的坐标所决怎）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）O打开这项设宜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打开该项。
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打开该项。
KEYOPT（7）用来控制是否进行不对称回转阻尼矩阵的讣算（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），且单元本身必须是对称的（如，IYY=IZZ,SHEARY=SHEARZ）。
“节点与单元荷载”一节对“单元荷载”有专门介绍。
可以在本单元的表而施加面荷载，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,端点作用的圧力应以集中力的形式输入*KEYOPT（10）用来控制线性变化的横向圧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立温度值，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左时英默认值等于第一个角的温度，如给立了T1和T2则T3的默认值为T2,T4的默认值为Tl：
T5到T8的值默认与T1到T4的值相对应。
KEYOPT（9）用来控制两if点中间部分相关值的输出情况，值是按平衡条件得出的。
但在下列情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・U乙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
表而荷载：
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：
温度作用一Tl,T2,T3,T4,T5,T6,T7・T8特性：
应力强化
大变形
单元生、死
单元选项：
KEYOPT
（2）应力硬化选项：
0—一在“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）
I一一在“大变形选项”被堆（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），且此时用于设疋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.KEYOPT⑵会自动被设为lo
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泄一个大的实常数来仿真刚性体时是必要的。
其实KEYOPT⑵=2与KEYOPT⑵二0的意义是一样的，有所区别的是KEYOPT⑵=0要受SOLCONTROL为ON或OFF的控制，而KEYOPT⑵=2则不受SOLCONTROL的控制。
KEYOPT⑹控制构件力及弯矩的输出
0一一不输出
1一一输出单元坐标系下的构件的力与弯矩。
KEYOPT⑺控制〃回转阻尼矩阵"
0——不计回转阻尼矩阵
1一一计算回转阻尼矩阵，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情况
N一一输出计算点数（N=0,b3,5,7,9）
KEYOPT（10）用于控制用SFBEAM指令输入荷载偏移量的输入方法：
0—一以长度为单位，直接输入压力相对于I,J节点的偏務量
BEAM4
I——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
1
AREA
横截面积
2
IZZ
惯性矩
3
IYY
惯性矩
4
TKZ
沿Z轴爪元悸度
5
TKY
沿Y轴爪元厚度
6
THETA
绕X轴的转角
7
ISTRN
初始应变
8
IXX
扭转惯性矩
9
SHEARZ
剪切变形常数z[1]
10
SHEARY
剪切变形常数Y[2]
11
SPIN
转动频率（当KEYOPT（7）=1时设定）
12
ADDMAS
附加质虽/的位长度
1、SHEAR：
与IZZ有关联.如果SHWARZ=0则表示忽略的元Y方向的剪切变形:
屜占嫄豐与IYY有关连，如果SHWARY=0则表示忽略的元Z方向的剪切变形。
lIjxX•
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“SolulionOutput",而有关结果内容察看的一些方法见“ANSYSBasicAnalysisGuide
BEAM4应力计算结果示意图
以下“单元输出信息表”中第一列给岀了各输岀项的名称，用命令ETABLE（P0ST1）及ESOL（POST26）可泄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，表示可以输岀，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“一”则表示不输岀。
单元输出信息表
名称
定义
0
R
EL
单元号
Y
Y
NODES
讯元节点-I,J
Y
Y
MAT
单元材料号
Y
Y
VOLU：
单元体积
一
Y
XC,YC,ZC
输出结果坐标
Y
3
TEMP
积分点上的温度Tl,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8
Y
Y
PRES
圧力PlatnodesI,J;偏移虽1atI,J;压力P2atI,J;偏移虽2atI,J;压力P3atI,J;偏移虽3atI,J;压力PlatI;压力P5atJ
Y
Y
SDIR
轴向正应力
1
1
SBYT
梁内敢元+Y面上的弯曲应力
1
1
SBYB
梁内单元-Y面上的弯曲应力
1
1
SBZT
梁内单元+Z面上的弯曲应力
1
1
SB2B
梁内单元-Z面上的弯曲应力
1
1
SMAX
最大应力（正应力+弯曲应力）
1
1
SMIN
最小应力（正应力■弯曲应力）
1
1
EPELDIR
端部轴向弹性应变
1
1
EPELBYT
梁内讯元-Y面上的弯曲弹性应变
1
1
EPELBYB
梁内讯元-Y面上的弯曲弹性应变
1
1
EPELBZT
梁内敢元+Z面上的弯曲弹性应变
1
1
EPELBZB
梁内玳元-z面上的弯曲弹性应变
1
1
EPTHDIR
端点轴向热应变
1
1
EPTHBYT
梁内敢元T面上的弯曲热应变
1
1
EPTHBYB
梁内爪元-Y面上的弯曲热应变
1
1
EPTHBZT
梁内讯元吃面上的弯曲热应变
1
1
EPTHBZB
梁内敢元-z面上的弯曲热应变
1
1
EPINAXL
爪元初始轴向应变
1
1
MFOR（X,Y,
单元坐标系中X,Y,Z方向的力
2
Y
Z）
MMOM（X,Y,讯元坐标系中X.Y.Z方向的弯矩
2YZ）_
说明：
1、每个魏元的节点I，J及中间点（见KEYOPT（9））均列出该项结果：
2、如果KEYOPT（6）=1：
3、仅在几何中心作/GET的一个项目可用。
“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泄义可列表察看的有关变虽:
的细则。
详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“TheGeneralPostprocessor（POST1）”和"TheItemandSequenceNumberTableM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单元输岀信息表”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。
IJ
节点LJ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）
OutputQuan
升级会员 