BEAM188单元中文说明.docx
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BEAM188单元中文说明.docx
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BEAM188单元中文说明
Release10.0DocumentationforANSYS
BEAM188
3—DLinearFiniteStrainBeam
三维线性有限应变梁单元
BEAM188ElementDescription
BEAM188单元描述
BEAM188issuitableforanalyzingslendertomoderatelystubby/thickbeamstructures.ThiselementisbasedonTimoshenkobeamtheory。
Sheardeformationeffectsareincluded。
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。
BEAM188isalinear(2—node)oraquadraticbeamelementin3—D。
BEAM188hassixorsevendegreesoffreedomateachnode,withthenumberofdegreesoffreedomdependingonthevalueofKEYOPT
(1).WhenKEYOPT
(1)=0(thedefault),sixdegreesoffreedomoccurateachnode.Theseincludetranslationsinthex,y,andzdirectionsandrotationsaboutthex,y,andzdirections。
WhenKEYOPT
(1)=1,aseventhdegreeoffreedom(warpingmagnitude)isalsoconsidered。
Thiselementiswell-suitedforlinear,largerotation,and/orlargestrainnonlinearapplications。
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;包括节点坐标系的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、大角度转动以及大应变等非线性问题。
BEAM188includesstressstiffnessterms,bydefault,inanyanalysiswithNLGEOM,ON.Theprovidedstressstiffnesstermsenabletheelementstoanalyzeflexural,lateral,andtorsionalstabilityproblems(usingeigenvaluebucklingorcollapsestudieswitharclengthmethods).
当NLGEOM选项打开的时候,beam188的应力刚化,在任何分析中都是缺省项。
应力刚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)。
BEAM188canbeusedwithanybeamcross-sectiondefinedviaSECTYPE,SECDATA,SECOFFSET,SECWRITE,andSECREAD.Thecross-sectionassociatedwiththebeammaybelinearlytapered.Elasticity,creep,andplasticitymodelsaresupported(irrespectiveofcross-sectionsubtype).Across-sectionassociatedwiththiselementtypecanbeabuilt-upsectionreferencingmorethanonematerial.
Beam188可以采用sectype、secdata、secoffset、secwrite及secread命令定义横截面。
本单元支持弹性、蠕变及塑性模型(不考虑横截面子模型)。
这种单元类型的截面可以由不同材料组成。
BEAM188ignoresanyrealconstantdatabeginningwithRelease6.0。
SeetheSECCONTROLScommandfordefiningthetransverseshearstiffness,andaddedmass。
Beam188从6。
0版本开始忽略任何实常数,参考seccontrols命令来定义横向剪切刚度和附加质量。
ForBEAM188,theelementcoordinatesystem(/PSYMB,ESYS)isnotrelevant.
单元坐标系统(/psymb,esys)与beam188单元无关。
Figure 188.1:
BEAM188Geometry
图188.1:
Beam188单元几何示意图
BEAM188InputData
BEAM188输入数据
Thegeometry,nodelocations,andcoordinatesystemforthiselementareshowninFigure188。
1:
”BEAM188Geometry".BEAM188isdefinedbynodesIandJintheglobalcoordinatesystem。
该单元的几何形状、节点位置、坐标体系如图188.1“Beam188单元几何示意图"所示,beam188由整体坐标系的节点I和J定义.
NodeKisapreferredwaytodefinetheorientationoftheelement.Forinformationaboutorientationnodesandbeammeshing,seeGeneratingaBeamMeshWithOrientationNodesintheANSYSModelingandMeshingGuide.SeetheLMESHandLATTcommanddescriptionsfordetailsongeneratingtheKnodeautomatically.
节点K是定义单元方向的首选方式,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。
BEAM188mayalsobedefinedwithouttheorientationnode。
Inthiscase,theelementx—axisisorientedfromnodeI(end1)towardnodeJ(end2)。
Forthetwo—nodeoption,thedefaultorientationoftheelementy—axisisautomaticallycalculatedtobeparalleltotheglobalX—Yplane.ForthecasewheretheelementisparalleltotheglobalZ-axis(orwithina0。
01percentslopeofit),theelementy-axisisorientedparalleltotheglobalY-axis(asshown)。
Forusercontroloftheelementorientationabouttheelementx—axis,usethethirdnodeoption.Ifbotharedefined,thethirdnodeoptiontakesprecedence。
Thethirdnode(K),ifused,definesaplane(withIandJ)containingtheelementxandz-axes(asshown)。
Ifthiselementisusedinalargedeflectionanalysis,itshouldbenotedthatthelocationofthethirdnode(K)isusedonlytoinitiallyorienttheelement.
Beam188也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188.1)。
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188.1).如果该单元采用大变形分析,需要注意这个第三号节点仅仅在定义初始单元方向的时候有效。
Thebeamelementsareone-dimensionallineelementsinspace。
Thecross—sectiondetailsareprovidedseparatelyusingtheSECTYPEandSECDATAcommands(seeBeamAnalysisandCrossSectionsintheANSYSStructuralAnalysisGuidefordetails).AsectionisassociatedwiththebeamelementsbyspecifyingthesectionIDnumber(SECNUM).Asectionnumberisanindependentelementattribute.Inadditiontoaconstantcross-section,youcanalsodefineataperedcross—sectionbyusingtheTAPERoptionontheSECTYPEcommand(seeDefiningaTaperedBeam).
梁单元是一维空间线单元。
横截面资料用sectype和secdata命令分别提供,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楔形截面(参考DefiningaTaperedBeam).
ThebeamelementsarebasedonTimoshenkobeamtheory,whichisafirstordersheardeformationtheory:
transverseshearstrainisconstantthroughthecross-section;thatis,cross—sectionsremainplaneandundistortedafterdeformation.BEAM188isafirstorderTimoshenkobeamelementwhichusesonepointofintegrationalongthelengthwithdefaultKEYOPT(3)setting。
Therefore,whenSMISCquantitiesarerequestedatnodesIandJ,thecentroidalvaluesarereportedforbothendnodes。
WithKEYOPT(3)setto2,twopointsofintegrationareusedresultinginlinearvariationalongthelength。
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。
BEAM188lementscanbeusedforslenderorstoutbeams.Duetothelimitationsoffirstordersheardeformationtheory,onlymoderately”thick”beamsmaybeanalyzed。
Theslendernessratioofabeamstructure(GAL2/(EI))maybeusedinjudgingtheapplicabilityoftheelement,where:
Beam188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,式中:
G
Shearmodulus剪切模量
A
Areaofthecrosssection截面积
L
Lengthofthemember构件长度
EI
Flexuralrigidity抗弯刚度
Itisimportanttonotethatthisratioshouldbecalculatedusingsomeglobaldistancemeasures,andnotbasedonindividualelementdimensions。
Thefollowinggraphicprovidesanestimateoftransversesheardeformationinacantileverbeamsubjectedtoatipload.Althoughtheresultscannotbeextrapolatedtoanyotherapplication,theexampleserveswellasageneralguideline.Werecommendthattheslendernessratioshouldbegreaterthan30。
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例子,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。
Figure 188.2:
Transverse—ShearDeformationEstimation
图188。
2:
横向剪切变形的评估示意
SlendernessRatio(GAL2/(EI))
长细比
δTimoshenko/δEuler-Bernoulli
位移:
铁木辛哥/欧拉-伯努力
25
1。
120
50
1.060
100
1.030
1000
1.003
Theseelementssupportanelasticrelationshipbetweentransverseshearforcesandtransverseshearstrains。
YoucanoverridedefaultvaluesoftransverseshearstiffnessesusingtheSECCONTROLScommand.
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命令重新定义默认的横向剪切刚度值。
TheSt。
Venantwarpingfunctionsfortorsionalbehavioraredeterminedintheundeformedstate,andareusedtodefineshearstrainevenafteryielding。
ANSYSdoesnotprovideoptionstorecalculateindeformedconfigurationthetorsionalsheardistributiononcross—sectionsduringtheanalysisandpossiblepartialplasticyieldingofcross-sections。
Assuch,largeinelasticdeformationduetotorsionalloadingshouldbetreatedandverifiedwithcaution.Undersuchcircumstances,alternativemodelingusingsolidorshellelementsisrecommended。
无形变的状态决定了扭转作用引起的圣维南翘曲变形,可以用来定义屈服后的剪应力。
Ansys没有提供选项使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以及部分截面塑性屈服引起的.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校核。
在这样的情况下,推荐使用solid或者shell单元来替换。
BEAM188elementssupport“restrainedwarping”analysisbymakingavailableaseventhdegreeoffreedomateachbeamnode。
Bydefault,BEAM188elementsassumethatthewarpingofacross-sectionissmallenoughthatitmaybeneglected(KEYOPT
(1)=0).YoucanactivatethewarpingdegreeoffreedombyusingKEYOPT
(1)=1。
Withthewarpingdegreeoffreedomactivated,eachnodehassevendegreesoffreedom:
UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,andWARP.WithKEYOPT
(1)=1,bimomentandbicurvatureareoutput.
Beam188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,和WARP。
当KEYOPT
(1)=1,双力矩和双弧线将被输出。
Inpractice,whentwoelementswith“restrainedwarping”cometogetheratasharpangle,youneedtocouplethedisplacementsandrotations,butleavetheout—of—planewarpingdecoupled.Thisisnormallyaccomplishedbyhavingtwonodesataphysicallocationandusingappropriateconstraints。
Thisprocessismadeeasier(orautomated)bytheENDRELEASEcommand,whichdecouplestheout-ofplanewarpingforanyadjacentelementswithcross—sectionsintersectingatananglegreaterthan20degrees.
实际上,当两个“约束扭转"的单元以一个锐角组合在一起的时候,你需要耦合他们的唯一合转角,使它们平面外的自由度解藕。
一般通过用两个节点在物理位置和运用合适的约束可以实现。
这个过程通过ENDRELEASE命令很容易的(自动的)实现,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。
BEAM188allowschangeincross-sectionalinertiapropertiesasafunctionofaxialelongation.Bydefault,thecross-sectionalareachangessuchthatthevolumeoftheelementispreservedafterdeformation.Thedefaultissuitableforelastoplasticapplications.ByusingKEYOPT
(2),youcanchoosetokeepthecross-sectionconstantorrigid.Scalingisnotanoptionfornonlineargeneralbeamsections(SECTYPE,,GENB).
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,截面面积改变而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)选项,你可
- 配套讲稿:
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