Ansys中文帮助单元详解BEAM189.docx
《Ansys中文帮助单元详解BEAM189.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Ansys中文帮助单元详解BEAM189.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
Ansys中文帮助单元详解BEAM189
Ansys中文帮助-单元详解-BEAM189
BEAM189—3-D二次有限应变梁
MPMESTPRPPED
元素描述
BEAM189适合于细长的stubby/thick的梁结构。
元素基于Timoshenko梁理论。
包含切应变。
BEAM189是二次（3-节点）3-D梁元素。
BEAM189每个节点有6到7个自由度，自由度的具体数目取决于KEYOPT
（1）。
当KEYOPT
（1）=0（默认）时，每个节点有6个自由度。
即x，y，和z方向的平动和绕其的转动。
当KEYOPT
（1）=1时，会加上第7个自由度（翘曲量）。
此元素能很好的适用于线性，大转角，和非线性大应变的情况。
BEAM189包含有应力刚度，在默认情况下，任何分析中NLGEOM，ON。
应力刚度使得元素能够进行弯曲（flexural），侧向弯曲（lateral），和扭转稳定性（torsionalstability）的分析。
BEAM189能够用SECTYPE，SECDATA，SECOFFSET，SECWRITE，andSECREAD定义任何截面形状。
（支持）弹性（elasticity），潜变（creep），和塑性（plasticity）的特性。
BEAM1893-D二次有限应变梁
输入数据
元素的几何形状，节点位置与坐标系统均如图BEAM189所示。
BEAM189在全局坐标系中由节点I，J，和K来定义。
节点L是元素所必需的方向定义节点。
关于元素划分中的方向节点，详见GeneratingaBeamMeshWithOrientationNodes于ANSYSModelingandMeshingGuide中。
同样于同一本书在QuadraticElements（MidsideNodes）可见关于中节点（midsidenodes）的描述。
在LMESH和LATT命令描述中可见节点L的自动生成。
关于低次（low-order）梁可见BEAM188。
此梁元素在空间中是单维的线元素。
截面形状用SECTYPE和SECDATA命令（可见ANSYSCommandsReference）独立描述。
每一个截面形状均特定一个ID号（SECNUM）。
截面号是特定的元素属性。
梁元素是基于Timoshenko梁理论的，这是一个一阶切应变理论：
横向切应变在截面中是常量；也就是说截面在变形后仍是平面。
BEAM188是一阶Timoshenko梁元素，它用一个点在长度上来（代替截面）。
应此当在节点I和J上使用SMISC参数的话会显示每个端点节点的形心。
BEAM188能被用于细长（slender）或粗壮（stout）的梁。
因为一阶切应变理论的限制，自有适当厚度的梁能被分析。
梁结构上的细长比（GAL2/（EI））能够用来判断是否采用此元素：
G
切变模数
A
截面面积
L
构件长度
EI
弯曲刚度
在整体（偏移）距离而不是单个元素的情况下记录这个比值是重要的。
悬臂梁受向下的负载提供了悬臂梁在受向下的负载的情况下横向切应变的一个估评。
虽然这个结果不能外推到所有的情况，但可以作为一个指导。
我们推荐细长比应大于30。
悬臂梁受向下的负载
SlendernessRatio（GAL2/（EI）>30）
Timoshenko/Euler-Bernoulli
25
1.120
50
1.060
100
1.030
1000
1.003
元素能提供一个横向剪切力与横向切应变的弹性关系。
你可以用实常量来定义横向剪切刚度。
扭转变形的St.Venant翘曲决定了一个综合状态，它可以使（材料）在屈服后的切应力变得平均。
ANSYS不提供对横截面或可能出现塑性屈服的横截面上的扭切分布情况的换算。
应此因扭转负载而引起的大的非弹性的变形应当进行讨论，（ansys）也会检查并给处警告。
在这种情况下推荐用实体或壳模型来代替。
在默认情况下BEAM189元素假设横截面上的弯曲很小可以被忽略（KEYOPT
（1）=0）。
你可以使用KEYOPT
（1）=1来打开弯曲度的自由度。
如果此自由度被打开那每个节点会有7个自由度：
UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZ，和WARP。
BEAM188允许用一个轴向延伸率的函数来改变横截面的转动惯量。
默认情况下元素横截面的面积可以改变，但元素的体积在变形前后是相同的。
此默认同样适用于elasto-plastic情况。
使用KEYOPT
（2），你能使横截面面积为一个常量或保持不变。
元素的输出在元素的积分位置和横截面的积分点上都是有效的。
梁在长度方向的积分点（高斯点）如（图）积分位置所示。
二次线性有限应变梁元素的积分位置
截面的应力与力（包含弯矩）都是在积分点上获得的。
元素基本点的输出会外推到元素的节点。
BEAM189的一些剖面关联量（面积的积分，位置，泊松比函数，函数的导数等等），在使用SECTYPE和SECDATA命令定义截面时会自动分配到一个序列号。
每一个截面区域预定为由9个节点组成。
截面区域模型举例说明矩形块和槽形块的模型情况。
每个单元有4个积分点。
BEAM189截面
区域模型
BEAM189提供剖面积分点和节点的结果输出。
但你仅能查看边界上的输出。
（PRSSOL打印BEAM188剖面节点和积分点的解。
应力和应变是在节点上的，塑性应力，塑性功，潜变应变则是在积分点上。
）
当元素的材料具有非线性状态或有通过剖面的温度时，计算是在积分点上进行的。
在大量通用弹性应用中]，元素采用剖面积分点的pre-calculated特性。
应此，应力与应变的输出均是经过了积分点的计算的。
如果截面分配了次截面ASEC，那么只有一般性的应力与应变（轴向力，弯矩，切向应变，（弯曲）曲率，和切应力）能够输出。
3-D的轮廓图和变形显示图是不可用的。
ASEC次截面只能被作为一个薄矩形块来显示验证梁的方向。
质量矩阵与负载向量的相容性的评估，相对于使用的刚度矩阵来说是一个高阶积分。
元素提供包含相容性与集中的质量初矩阵。
使LUMPM，ON可以让质量矩阵（质量）集中。
（系统）默认使用相容性矩阵。
单位长度的质量可以用ADDMAS作为实常量来输入。
详见输入概述。
力是相加在节点上的（定义在元素主方向）。
如果形心轴不与元素主方向重合，那么附加的轴向力会引起弯曲。
（同样）如果形心和扭转中心不重合的话，扭转力也会引起扭转变形和扭矩。
应次节点的定位应当与力的中心向重合。
使用SECOFFSET命令可以适当的改变OFFSETY和OFFSETZ的幅角。
默认情况下ANSYS用形心来定义元素的主轴。
节点和元素负载中有元素负载的描述。
压力是作为一种面负载来作用在元素表面上的，（元素的面可见）图BEAM189中带圈文字的显示。
正向压力-压力（常规形式）输入。
侧向压力以单位长度上的力来输入。
尾端压力以力（的形式）输入。
BEAM189与ansys中的其他基于埃尔米特多项式（Hermitianpolynomial）的元素（f比如说BEAM4）不同，它是基于线性多项式（linearpolynomials）的。
因此分布式（周延式）负载的偏移在说明中是不允许的。
此外不支持非节点上的集中力。
（必须加的话）推荐用加细元素的方法。
BEAM188计算的准确性与收敛性与元素的细化程度相关。
温度作为一种体负载可以加在每个端点节点的三个方向上。
在端点上，加在元素主方向（x-axis）上的温度是（T（0，0）），y方向上为（T（1，0）），z方向上为（T（0，1））。
第一个温度坐标T（0，0）默认为TUNIF。
如果仅定义了第一个温度，那么其他的均默认为第一个。
如果仅在节点I上输入温度，那节点J默认对应于节点I。
其他的输入形式如果未定以均默认为TUNIF。
KEYOPT（10）=1用于从用户子程序中读入初始应力数据。
用户子程序的详细叙述请见ANSYSGuidetoUserProgrammableFeatures。
输入概述中给出了元素输入的一个概括说明。
BEAM189输入概述
ElementName
BEAM189
Nodes
I，J，K，L
DegreesofFreedom
UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZifKEYOPT
（1）=0
UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZ，WARPifKEYOPT
（1）=1
RealConstants
（Blank），TYZ1，TXZ1，ADDMAS
MaterialProperties
EX，EY，EZ，（PRXY，PRYZ，PRXZ，orNUXY，NUYZ，NUXZ），ALPX，ALPY，ALPZ，DENS，GXY，GYZ，GXZ，DAMP
SurfaceLoads
Pressure-
face1（I-J）（-znormaldirection），
face2（I-J）（-ynormaldirection），
face3（I-J）（+xtangentialdirection），
face4（J）（+xaxialdirection），
face5（I）（-xdirection）
（useanegativevalueforloadingintheoppositedirection）
IandJdenotetheendnodes
BodyLoads
Temperatures-
T（0，0），T（1，0），T（0，1）ateachendnode
SpecialFeatures
塑性，潜变，应力强化，大变形，大应力，初始应力输入（Plasticity，Creep，Stressstiffening，Largedeflection，Largestrain，Initialstressimport）。
提供如下的TB命令项：
BISO，MISO，NLISO，BKIN，MKIN，KINH，CHABOCHE，andCREEP详见ANSYSTheoryReference。
KEYOPT
（1）
0-
默认;六DOF，无弯曲
1-
七DOF（包括弯曲）
KEYOPT
（2）
0-
默认;截面随轴向变长的函数而变化，但须NLGEOM，ON。
1-
截面尺寸假定为常量（经典梁理论）
KEYOPT（5）
0-
默认;对称的压载荷刚度
1-
非对称的压载荷刚度
2-
忽略压载荷刚度
Note-
只有在OUTPR，ESOL激活时KEYOPT（6）才能通过KEYOPT（9）激活。
当KEYOPTs6，7，8，和9都被激活时，元素输出中的应力是一个总的应变。
"总"意味着同时包含了热应变。
如果元素的材料定义是定义的塑性材料，那么可以包含塑性应变和塑性功。
可以在/POST1中用PRSSOL显示。
KEYOPT（6）
元素积分点输出控制
0-
默认;输出截面力，截面应变，弯矩
1-
与KEYOPT（6）=0相同，增加截面面积
2-
与KEYOPT（6）=1相同，增加元素基本方向（x，y，z）
3-
输出截面向单元节点外推的力/力矩，应变/曲率
KEYOPT（7）
截面积分点输出控制
（在截面压尺寸=ASEC时无效）
默认；没有输出
（输出）最大最小应力/应变
与KEYOPT（7）=1相同，增加每个截面节点的应力应变输出
KEYOPT（8）
截面节点输出控制
（在截面压尺寸=ASEC时无效）
默认；没有输出
（输出）最大最小应力/应变
与KEYOPT（8）=1相同，增加沿截面外边界的应力应变输出
与KEYOPT（8）=1相同，增加每个截面节点的应力应变
KEYOPT（9）
元素节点和截面节点的外推值的输出控制
（在截面压尺寸=ASEC时无效）
默认；没有输出
（输出）最大最小应力/应变
与KEYOPT（9）=1相同，增加沿截面外边界的应力应变输出
与KEYOPT（9）=1相同，增加每个截面节点的应力应变
KEYOPT（10）
没有用户子程序来提供初始应力（默认）
用USTRESS从用户子程序中读取初始应力（详见ANSYSGuidetoUserProgrammableFeatures关于用户子程序的章节）
1切向应变刚度
输出数据
单元解的输出有两种：
节点位移解包含于节点解中。
元素附加解请见元素输出定义
多数情况下，我们推荐KEYOPT（8）=2和KEYOPT（9）=2。
详见ANSYSBasicAnalysisGuidef。
要在结构静态或瞬态分析中观察BEAM189的3-D不变形的形状，可以用OUTRES，MISC或OUTRES，ALL。
要在屈曲分析中观察3D模型，必须进行模态扩展（Elcalc=YESonMXPAND）。
元素输出表格中所用的符号：
冒号（：
）表示可以由[ETABLE，ESOL]的形式获取。
O列表是存在于Jobname.OUT中。
R列表示存在于结果文件中。
在O或R列中，Y表示该项肯定有，数字则表示注释条件下获得，"--"表示不存在此项。
BEAM189元素输出描述
Name
Definition
O
R
EL
Elementnumber
Y
Y
NODES
Elementconnectivity
Y
Y
MAT
Materialnumber
Y
Y
VOLU
Volume
Y
Y
XC，YC，ZC
Locationwhereresultsarereported
Y
3
AREA
Areaofcrosssection
1
Y
SF
Sectionforces
1
Y
SE
Sectionstrains
1
Y
S
Sectionpointstresses
2
Y
E
Sectionpointstrains
2
Y
见KEYOPT（6）的描述
见KEYOPT（7），KEYOPT（8），KEYOPT（9）的描述
自由当形心用*GET获取
使用ETABLE和ESOL命令的项目和顺序号（KEYOPT（9）=0）列出了输出通过ETABLE命令采用顺序号获取的方法。
在TheGeneralPostprocessor（POST1）于ANSYSBasicAnalysisGuide和The"ItemandSequenceNumber"Table中有详细介绍。
下面是使用ETABLE和ESOL命令的项目和顺序号（KEYOPT（9）=0）
Name
定义于元素输出定义中
Item
ETABLE命令中的项目名称
I，J
获取节点解的顺序号
BEAM189使用ETABLE和ESOL命令的项目和顺序号
Name
Item
I
J
AxialForce
SMISC
1
14
BendingMomentMy
SMISC
2
15
BendingMomentMz
SMISC
3
16
TorqueMx
SMISC
4
17
ShearForceinXZPlane
SMISC
5
18
ShearForceinXYPlane
SMISC
6
19
AxialStrain
SMISC
7
20
CurvatureKyy
SMISC
8
21
CurvatureKzz
SMISC
9
22
TorsioncurvatureKxx
SMISC
10
23
TransverseShearStrain（XZ）
SMISC
11
24
TransverseShearStrain（XY）
SMISC
12
25
AreaofCrossSection
SMISC
13
26
Bimoment
SMISC
27
29
Bicurvature
SMISC
28
30
假定与限值
升级会员 