Beam4.docx

1、Beam4Beam4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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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, or DCG/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,UYU乙 ROTX. ROTY. ROTZ 实常数：AREA, IZZ, IYY, TKZ, TKY, THETAISTRN, IXX, SHEARZ, SHEARY, SPIN, ADDMAS这些实常数的含义见“BEAM4实常

7、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）face 1 （I-J） （-Z 法线方向）face 2 （I-J） （Y 法线方向）face 3 （I-J） （+X轴切线方向）face 4 （I） （+X 轴向）face 5 （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”

8、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.KEYOPT会自动被设为lo2SOLCONTROL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KEYOPT=2与KEYO

9、PT二 0的意义是一样的，有所区别的是KEYOPT=0要受SOLCONTROL为ON或OFF的 控制，而KEYOPT=2则不受SOLCONTROL的控制。KEYOPT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。KEYOPT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,b 3,5, 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BEAM4I

10、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1AREA横截面积2IZZ惯性矩3IYY惯性矩4TKZ沿Z轴爪元悸度5TKY沿Y轴爪元厚度6THETA绕X轴的转角7ISTRN初始应变8IXX扭转惯性矩9SHEARZ剪切变形常数z 110SHEARY剪切变形常数Y 211SPIN转动频率（当KEYOPT （7） = 1时设定）12ADDMAS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。 lIj xX 单元的求解

11、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“Solulion Output,而有关结果内容察看的 一些方法见 “ ANSYS Basic Analysis GuideBEAM 4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

12、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0REL单元号YYNODES讯元节点-I, JYYMAT单元材料号YYVOLU：单元体积一YXC, YC, ZC输出结果坐标Y3TEMP积分点上的温度 Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8YYPRES圧力 Pl at nodes I, J;偏移虽 1 at I, J;压力 P2 at I, J;偏移虽 2 at I, J; 压力P3 at I, J;偏移虽3 at I, J;压力Pl at I;压力P5 at J

13、YYSDIR轴向正应力11SBYT梁内敢元+Y面上的弯曲应力11SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力11SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力11SB2B梁内单元-Z面上的弯曲应力11SMAX最大应力（正应力+弯曲应力）11SMIN最小应力（正应力弯曲应力）11EPELDIR端部轴向弹性应变11EPELBYT梁内讯元-Y面上的弯曲弹性应变11EPELBYB梁内讯元-Y面上的弯曲弹性应变11EPELBZT梁内敢元+Z面上的弯曲弹性应变11EPELBZB梁内玳元-z面上的弯曲弹性应变11EPTHDIR端点轴向热应变11EPTHBYT梁内敢元T面上的弯曲热应变11EPTHBYB梁内爪元-Y面上的弯曲热应变

14、11EPTHBZT梁内讯元吃面上的弯曲热应变11EPTHBZB梁内敢元-z面上的弯曲热应变11EPINAXL爪元初始轴向应变11MFOR(X, Y,单元坐标系中X, Y, Z方向的力2YZ）MMOM(X, Y,讯元坐标系中X. Y. Z方向的弯矩2 Y Z) _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“The General Postprocessor (POST1)” 和The Item and Sequence Number TableM 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)Output Quan