【正文】 寸來定義截面。 BEAM44 截面不變時(shí)才能采 用梁截面，在不使用梁截面而輸入實(shí)常數(shù)時(shí)可以采用 變截面。但考慮剪切變形的梁彎曲理論中，仍 假定原來垂直于中面的截面變形后仍保持平面，（但不一定 垂直）， ANSYS 考慮剪切變形影響采用兩種方法，即在經(jīng)典 梁元的基礎(chǔ)上引入剪切變形系數(shù)(BEAM3/4/23/24/44/54) 和 Timoshenko 梁元 (BEAM188/189)，前者的截面轉(zhuǎn)角由撓度 的一次導(dǎo)數(shù)導(dǎo)出，而后者則采用了撓度和截面轉(zhuǎn)角各自獨(dú)立 插值，這是兩者的根本區(qū)別。 BEAM189 3D 二次有限應(yīng) 變梁 3+1 同 BEAM188，但屬二 次梁?jiǎn)卧? 梁?jiǎn)卧? 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 梁?jiǎn)卧譃槎喾N單元，分別具有不同的特性，是 一類軸向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn) (3D)單元。 桿單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑷通常用 LINK1 和 LINK8 模擬桁架結(jié)構(gòu)，如屋架、網(wǎng)架、 網(wǎng)殼、桁架橋、桅桿、塔架等結(jié)構(gòu)，以及吊橋的吊桿、 拱橋的系桿等構(gòu)件，必須注意線性靜力分析時(shí)，結(jié)構(gòu) 不能是幾何可變的，否則造成位移超限的提示錯(cuò)誤。桿元中的應(yīng)力相同，可考慮初應(yīng)變。不同的單元具有彈性、塑性、蠕變、膨脹、 大轉(zhuǎn)動(dòng)、大撓度（也稱大變形）、大應(yīng)變（也稱有限應(yīng) 變）、應(yīng)力剛化（也稱幾何剛度、初始應(yīng)力剛度等）等 功能，表 14 是該類單元較詳細(xì)的特性。 ⑤交流和保存方便：命令流文件比較小便于保存，對(duì) 于相互交流學(xué)習(xí)甚為方便。 命令流方式的主要優(yōu)點(diǎn)有： ①修改簡(jiǎn)單：不必考慮因操作錯(cuò)誤造成模型的重大損 失，也不必考慮 DB 文件的重要性而不斷保存；可以隨 時(shí)修改參數(shù)進(jìn)而改變幾何模型和有限元模型等，一切 都變得那么簡(jiǎn)單和方便。菜單方式是用鼠標(biāo)在菜單 上進(jìn)行選取，通過對(duì)話框完成各種操作；命令方式是 從命令行輸入命令及命令域的值，因 ANSYS提供聯(lián)想 式命令提示；函數(shù)方式也是從命令行中輸入，但僅輸 入命令本身，其命令域的值將通過對(duì)話框輸入。 除上述七種分析類型外，還可進(jìn)行如下的特殊分析： 斷裂、復(fù)合材料、疲勞、 P方法等。可考慮非線性全瞬態(tài)和線性模態(tài)疊加法。 ⑶模態(tài)分析：計(jì)算線性結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，可采用 多種模態(tài)提取方法。 結(jié)構(gòu)分析有七種類型，功能如下： ⑴靜力分析：用于求解靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的靜態(tài)行為， 可以考慮結(jié)構(gòu)的線性和非線性特性。 當(dāng)前大型商用程序如 ANSYS 、 ADINA 、 SAP 、 NASTRAN 、 MARC、 ABAQUS、 ADAMS 、 IDEAS等， 而 ANSYS 功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)便易學(xué)，是首選通用程序。計(jì) 算能力的提高當(dāng)然有多種途徑，應(yīng)用大型商業(yè) 通用程序是其中之一。 第 1 章 ANSYS 與結(jié)構(gòu)分析 ANSYS 功能與軟件結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 結(jié)構(gòu)分析材料類型與特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)建模 結(jié)構(gòu)分析的基本過程 軟件技術(shù)特點(diǎn) 功能與軟件結(jié)構(gòu) ⑴強(qiáng)大的建模能力 ⑵強(qiáng)大的求解能力 ⑶強(qiáng)大的非線性分析能力 ⑷強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力 ⑸良好的優(yōu)化能力 ⑹多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析能力 ⑺具有多種接口能力 ⑻強(qiáng)大的后處理能力 ⑼強(qiáng)大的二次開發(fā)能力 ⑽數(shù)據(jù)統(tǒng)一能力強(qiáng) ⑾支持多種硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)平臺(tái) 軟件分析功能 結(jié)構(gòu)分析、熱分析、流體分析、電磁場(chǎng)分析、耦合場(chǎng)分析等。 非線性屈曲分析和循環(huán)對(duì)稱屈曲分析屬于靜力分析類型， 不屬 于特征值屈曲分析類型。 ⑸瞬態(tài)動(dòng)力分析：計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間任意變化的載荷作 用下的響應(yīng)，可以考慮與靜態(tài)分析相同的結(jié)構(gòu)非線性特 性。 ⑺顯式動(dòng)力分析： ANSYS/LSDYNA 可用于計(jì)算高度非線 性動(dòng)力學(xué)和復(fù)雜的接觸問題。 GUI 方式包括菜單、命令、函數(shù)其組合，即通過點(diǎn)選菜 單或輸入單個(gè)命令的方式。命令流方式可包含上述多種方式，例如僅僅將 命令羅列起來相當(dāng)于命令方式，這對(duì)于初學(xué)者而言可 能更容易接受。 ④文件處理更加方便：文件的輸入和輸出可由用戶控 制，數(shù)據(jù)的處理將極其方便。 該類單元只承受桿軸向的拉壓，不承受彎矩，節(jié)點(diǎn)只有 平動(dòng)自由度。僅承受桿端荷載，溫度沿桿元長(zhǎng)線性變 化。 ⑶ LINK180 無實(shí)常數(shù)型初應(yīng)變，但可輸入初應(yīng)力文件， 可考慮附加質(zhì)量；大變形分析時(shí)，橫截面面積可以是變 化的，即可為軸向伸長(zhǎng)的函數(shù)或剛性的。 ⑸ LINK1 、 LINK8 和 LINK180 單元還可用于普通鋼筋和預(yù) 應(yīng)力鋼筋的模擬，其初應(yīng)變可作為施加預(yù)應(yīng)力的方式 之一。 梁?jiǎn)卧? 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元 名稱 簡(jiǎn)稱 節(jié) 點(diǎn) 節(jié)點(diǎn) 自由度 特性 備注 BEAM3 2D 彈性梁 2 Ux,Uy, Rotz EDGB 常用平面梁元 BEAM23 2D 塑性梁 2 EPCSDF GB 具有塑性等功能 BEAM54 2D 漸變不對(duì)稱梁 2 EDGB 不對(duì)稱截面，可偏 移中心軸 BEAM4 3D 彈性梁 2 Ux,Uy, Uz Rotx, Roty, Rotz EDGB 拉壓彎扭，常用 3D 梁元 BEAM24 3D 薄壁梁 2+1 EPCS DGB 拉壓彎及圣文南扭轉(zhuǎn)； 開口或閉口截面 BEAM44 3D 漸變不對(duì)稱梁 2+1 EDGB 拉壓彎扭，不對(duì)稱截面， 可偏移中心軸，可釋放節(jié) 點(diǎn)自由度，可采用梁截面 BEAM188 3D 線性有限應(yīng) 變梁 2+1 Ux,Uy,Uz Rotx,Rot y,Rotz 或增加 warp EPCD FGB 粘 彈塑 Timoshenko 梁，計(jì)入剪切 變形影響；可增加翹曲自 由度；可采用梁截面。經(jīng)典梁元基于變形前后垂直于中面的截面變形 后仍保持垂直的 Kirchhoff 假定，例如當(dāng)剪切變形系數(shù)為零時(shí) 的 BEAM3 或 BEAM4。 ⑷梁截面特性：能夠采用梁截面特性的有BEAM44 和 BEAM188/189 三個(gè)單元。 梁?jiǎn)卧? 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑸ BEAM23/24 實(shí)常數(shù)的輸入比較復(fù)雜。但 BEAM188/189 不支持跨間集 中荷載和跨間部分分布荷載。 管單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 管單元是一類軸向拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的 3D單元， 單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均具有 6 個(gè)自由度，即三個(gè)平動(dòng)自由 度 Ux、 Uy、 Uz和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度 Rotx、 Roty、Rotz， 此類單元以 3D 梁元為基礎(chǔ)，包含了對(duì)稱性和標(biāo)準(zhǔn)管幾 何尺寸的簡(jiǎn)化特性。 ⑶管單元計(jì)入了剪切變形的影響，并可考慮應(yīng)力增 強(qiáng)系數(shù)和撓曲系數(shù)。 2D 實(shí)體單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元名稱 簡(jiǎn)稱 節(jié)點(diǎn) 自由度 特性 備注 PLANE2 6 節(jié)點(diǎn)三角形單元 Ux,Uy EPCS D FGBA 適用于不規(guī)則的網(wǎng)格 PLANE42 4 節(jié)點(diǎn)四邊形單元 具有協(xié)調(diào)和非協(xié)調(diào)元選項(xiàng) PLANE82 8 節(jié)點(diǎn)四邊形單元 是 PLANE42 的高階單元；混合分網(wǎng)的 結(jié)果精度高；適用于模擬曲線邊界。 PLANE182 與 PLANE42具有相同 的插值函數(shù)，但無附加位移函數(shù)項(xiàng)；也可退化為 3 節(jié) 點(diǎn)三角形。特別地對(duì) 平面應(yīng)力輸入單元厚度時(shí)，施加的分布荷載不是線荷載（力 / 長(zhǎng)度），而是面荷載（力 / 面積）；如果不輸入單元厚度，則 為單位厚度。 除 4 節(jié)點(diǎn)單元外，其余單元都適合曲邊模型或不規(guī)則 模型。原因之一是新的求解器 PCG 和SOLID92/95 可 以較好的解決原有的求解問題；之二是防止不同單元 使用中“ 誤用” 轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，例如與 BEAM 或 SHELL 混 合建模時(shí)誤用轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。 B 殼單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 殼單元可以模擬平板和曲殼一類結(jié)構(gòu)。 桿、梁?jiǎn)卧鍤卧鷮?shí)體單元 殼單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元名稱 簡(jiǎn)稱 /3D 節(jié)點(diǎn) 數(shù) 節(jié)點(diǎn) 自由度 特性 備注 SHELL28 剪切 / 扭轉(zhuǎn)板 4 Uxyz 或 Rxyz EG 純剪。 SHELL208 有限應(yīng)變軸對(duì)稱 結(jié)構(gòu)殼 2 Uxy,Rotz SHELL209 3 上表節(jié)點(diǎn)自由度欄中： Uxyz 表示 Ux、 Uy、Uz； Rxyz 表示 Rotx、 Roty、 Rotz 殼單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 單元使用應(yīng)注意的問題： ⑴通常不計(jì)剪切變形的殼元用于薄板殼結(jié)構(gòu)，而計(jì)入 剪切變形的殼元用于中厚度板殼結(jié)構(gòu)。 除 SHELL28/51/61 外均可退化為三角形形狀的單元。 大多數(shù)平板殼單元適合不規(guī)則模型和直曲殼模型，但 一般限制單元間的交角不大于 15176。此類單元主要用于模擬鉸銷、軸向彈簧、扭 簧及其控制行為，但都不考慮彎曲作用，且此類單元 均無面荷載和體荷載。 接觸單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ANSYS 支持三種接觸方式，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面和 面對(duì)面的接觸，接觸單元是覆蓋在模型單元的接觸面 之上的一層單元。只受法向壓力和 切向剪力（庫侖摩擦）。可處理庫 侖摩擦和剪應(yīng)力摩擦。該 單元無面荷載和體荷載，但支持單元生死功能。該單元無節(jié)點(diǎn)和實(shí)常數(shù) ，其自由度數(shù)目由所包含的單元決 定，其面荷載和體荷載可通過總的載荷向量和比例系數(shù)施加， 該單元支持大變形功能。 此類單元的主要特性如表 112 所示。 預(yù)緊、多點(diǎn)約 束、網(wǎng)分單元 結(jié)構(gòu)分析單元功能與特性 ⑵ MPC184 為多點(diǎn)約束單元，有剛性桿、剛性梁、滑 移、球形、銷釘、萬向接頭的約束，適用于使用拉格 朗日乘子的具有運(yùn)動(dòng)約束時(shí)情況，該單元可用于機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)學(xué)，如起重機(jī)、挖掘機(jī)、汽車、機(jī)床和機(jī)器人等。它是為實(shí)現(xiàn)多步網(wǎng)格劃分的操作而設(shè)計(jì)的。 利用 EMODIF 命令可將 MESH200 單元轉(zhuǎn)換成其它單元類 型。s Model 蠕變 Creep Curve Fitting 曲線擬合 純?nèi)渥? Creep only Hill 勢(shì) (I) Mises 勢(shì) (EI) 用等向強(qiáng)化塑性 With Isotropic Hill 塑性 (BMN)(I) Mises 塑性 (BMN)(EI) Hardening Plasticity 用隨動(dòng)強(qiáng)化塑性 With Kinematic Mises 塑性 (B)(I) Hill 塑性 (B)(I) Hardening Plasticity 用膨脹 (E) With Swelling 非金屬材料 DP 材料 破壞準(zhǔn)則 鑄鐵材料 形狀記憶合金 粘彈性 Maxwell Prony Nonmetal Plasticity 混凝土 Concrete DruckerPrager Failure Criteria CastIron Shape Memory Alloy Curve Fitting Viscoelastic 材料模型的定義及特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)分析材料模型 材料模型及其屬性均可通過 GUI 方式輸入。 名稱 TB,Lab 屈服準(zhǔn)則 流動(dòng)法則 強(qiáng)化準(zhǔn)則 材料響應(yīng) 雙線性等向強(qiáng)化 BISO Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 等向強(qiáng)化 雙線性 多線性等向強(qiáng)化 MISO Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 等向強(qiáng)化 多線性 非線性等向強(qiáng)化 NLISO Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 等向強(qiáng)化 非線性 各向異性 ANISO 修正的 Mises 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 等向強(qiáng)化 雙線性，每個(gè)方向及 拉壓不同 雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化 BKIN Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 隨動(dòng)強(qiáng)化 雙線性 多線性隨動(dòng)強(qiáng)化 MKIN Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 隨動(dòng)強(qiáng)化 多線性 (固定 ) 多線性隨動(dòng)強(qiáng)化 KINH Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 隨動(dòng)強(qiáng)化 多線性 (一般 ) 非線性隨動(dòng)強(qiáng)化 CHAB Mises/Hill 與屈服準(zhǔn)則相關(guān)聯(lián) 隨動(dòng)強(qiáng)化 非線性 DP材料 DP 考慮側(cè)限壓力的 Mises 與屈服準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)或不關(guān)聯(lián) 無 理想彈塑性 鑄鐵 CAST 考慮側(cè)限壓力的 Mises 與屈服準(zhǔn)則不關(guān)聯(lián) 等向強(qiáng)化 多線性 簡(jiǎn)單說明 超彈模型 HYPER 包括MOONEY,OGDEN,NEO,POLY,BOYCE,GENT,YEOH,BLATZ,FOAM,USE