ANSYS单元定义及工程应用举例 - 图文

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ANSYS单元定义详解及应用举例

一、单元定义详解

LINK1单元描述：

LINK1单元可用于不同的工程应用中，依具体的应用，该单元可模拟桁架、链杆及弹簧等。该二维杆单元每个节点的自由度只考虑x,y两个方向的线位移，是一种可承受单轴拉压的单元。因为只用于铰接结构，故本单元不能承受弯矩作用。有关此单元的更详细说明请见《ANSYS, Inc. Theory Reference 》。而LINK8单元是这种单元的三维情况。 LINK1的几何模型图：

LINK1输入数据：

上图给出了本单元的几何图形、节点坐标及单元坐标系。单元通过两个节点、横截面面积及初始应变和材料属性定义。单元的X轴方向为沿单元长度从节点I指向节点J。初始应变通过Δ/L给定，Δ为单元长度L（由I，J节点坐标算得）与0应变单元长度之差。

在“节点与单元荷载”中有关于单元荷载的描述。可以在节点上输入温度或热流量作为单元的体荷载。节点I上的温度T（I）默认为TUNIF，节点J上的温度默认为T（I）。对于热流量与温度的设定基本相同，只是默认值不在是TUNIF而成为0。还可通过命令LUMPM得到一个集中质量表达式，这对某些如波的传播的分析是很有用的。 LINK1输入总结：

节点：

I, J 自由度：

UX, UY 实常数

AREA – 横截面面积 ISTRN – 初始应变材料属性

EX, ALPX, DENS, DAMP 面荷载：

None 体荷载：

温度 -- T(I), T(J) 热流量 -- FL(I), FL(J) 特性：

塑性蠕变膨胀应力硬化

大变形单元生死 KEYOPTS

None

LINK1输出数据：

单元的求解输出包括以下两方面：

? ? 节点位移包括的全部节点解中；

? ? 其它输出信息见“LINK1单元结果输出说明表”

以下的“LINK1应力计算图”也说明了一些情况，而有关结果输出的总体介绍参见“Solution Output”，对结果的查看方法请见《ANSYS Basic Analysis Guide 》

LINK1应力计算图

以下“单元输出信息表”中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定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，“Y”表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－”则表示不输出。

LINK1单元输出信息表名称定义 O R EL 单元号 Y Y NODES 单元节点号 (I and J) Y Y MAT 单元材料号 Y Y VOLU: 单元体积 - Y XC, YC 单元几何中心 Y 2 TEMP 节点I和J的温度 Y Y FLUEN 节点I和 J的热流量 Y Y MFORX 单元坐标系中沿X轴方向杆的受力 Y Y SAXL 轴向应力 Y Y EPELAXL 单元轴向弹性应变 Y Y EPTHAXL 轴向热应变 Y Y EPINAXL 轴向初始应变 Y Y SEPL 由应力－应变图所得等效应力 1 1 SRAT 三轴应力与屈服面应力比 1 1 EPEQ 等效塑性应变 1 1 HPRES 静水压力 1 1 EPPLAXL 轴向塑性应变 1 1 EPCRAXL 轴向蠕变 1 1 EPSWAXL 轴向膨胀应变 1、 1、仅存在非线性单元 2、 2、仅在质心利用＊GET命令可得的选项。

1 1 “LINK1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定义可列表察看的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格的一些使用说明：

Name

指在“LINK1单元输出数据说明表”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。 I,J

节点I,J所对应的数字序号。

LINK1项目和序号表 Output Quantity Name ETABLE 和 ESOL命令输入项（变量名） Item E I J LS 1 - - SAXL轴向应力 LEPEL 1 - - EPELAXL单元轴向弹性应变。 LEPTH 1 - - EPTHAXL轴向热应变 LEPTH 2 - - EPSWAXL轴向膨胀应变 LEPTH 3 - - EPINAXL轴向初始应变 LEPPL 1 - - EPPLAXL轴向塑性应变 LEPCR 1 - - EPCRAXL轴向蠕变 NLIN 1 - - SEPL由应力－应变图所得等效应力 NLIN 2 - - SRAT三轴应力与屈服面应力比 NLIN 3 - - HPRES静水压力 NLIN 4 - - EPEQ等效塑性应变 SMISC 1 - - MFORX单元坐标系中沿X轴方向杆的受力 NMISC - 1 2 FLUEN节点I和 J的热流量 LBFE - 1 2 TEMP节点I和J的温度假设与限制： ? ? 杆件假设为均质直杆，在其端点受轴向负荷； ? ? 杆长应大于0，即节点I，J不能重合；

? ? 杆件必须位于X－Y平面且截面面积要大于0； ? ? 温度延杆长为线性变化； ? ? 位移函数表明杆件应力均匀；

? ? 初始应变也参预应力刚度矩阵的计算。 LINK1 单元的软件产品制约：

当使用以下产品时，LINK1单元的使用还要受到以下限制： ANSYS专业版：

? ? 不能计算阻尼材料. ? ? 体荷载不能为热流量.

? ? 仅在一些特定情况下才允许考虑应力硬化及大挠度。

Beam3单元描述：

Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。本单元更详细的说明见《ANSYS, Inc. Theory Reference》，其它的二维梁单元还有塑性梁单元Beam23及非对称变截面梁Beam54。 Beam3单元几何图形：

Beam3输入数据：

上图给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统。单元由两个节点、横截面面积、横截面惯性矩、截面高度及材料属性定义。。初始应变通过Δ/L给定，Δ为单元长度L（由I，J节点坐标算得）与0应变单元长度之差。

如果不计环向作用本单元也可进行轴对称体的分析，如对螺栓、带缝圆柱等。在轴对称分析时输入的面积和惯性矩应是全截面的。剪切变形量（SHERAR）是可选的，如给SHERAR赋值为0则表示忽略剪切变形（相关细节见Shear Deflection），当然剪切模量（GXY）只有在考虑剪切变形时才起作用。单元还可在实常数ADDMAS中输入单位长度的附加质量。

“节点与单元荷载”一节对“单元荷载”有专门介绍。可以在本单元的表面施加面荷载，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，端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT（10）用来控制线性变化的横向压力相对单元节点的偏移量。可在单元几何图形的四个角上设定温度值，其被当做体荷载处理。第一个角上的温度T1的默认值为TUNIF，如其它角的温度未给定时其默认值等于第一个角的温度，如给定了T1和T2则T3的默认值为T2，T4的默认值为T1。

KEYOPT（9）用来控制两节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TIF，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。 BEAM3输入参数汇总：

节点：I, J

自由度：UX, UY, ROTZ 实常数：

AREA – 横截面面积 IZZ – 截面惯性矩 HEIGHT – 截面高

SHEARZ – 剪切变形系数 ISTRN – 初始应变

ADDMAS – 每单位长度附加质量

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 表面荷载：

压力-（括号内为压力正值作用方向）

face 1 (I-J) (-Y法线方向) face 2 (I-J) (+X切线方向) face 3 (I) (+X 轴向) face 4 (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 -- T1, T2, T3, T4

特性：

应力强化大变形单元生、死

单元选项：

KEYOPT(6) 控制杆件力和力矩输出的选项:

0 -- 不输出力和力矩

1 -- 在单元坐标系中输出力和力矩

KEYOPT(9) 用于控制该单元位于节点I，J中间点的数据输出

N -- 输出N个中间位置数据(N = 0, 1, 3, 5, 7, 9)

KEYOPT(10) 用于控制SFBEAM指令时线性变化的压力的偏移量的输入方法：

0 -- 以长度为单位，直接输入压力相对于I，J节点的偏移量 1 – 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

BEAM3输出数据：

求解输出信息主要包括两部分： ? 节点位移含全部节点解

? 单元其它输出信息见“BEAM3单元输出信息表”

“BEAM3应力输出图”说明了一些情况，有关求解输出的总体性介绍请见“Solution Output”，而有关结果内容察看的一些方法见“ANSYS Basic Analysis Guide”

无论是第三还是第四列，“Y”表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－”则表示不输出。

单元输出信息表名称定义 O R EL 单元号 Y Y NODES 单元节点- I, J Y Y MAT 单元材料号 Y Y VOLU: 单元体积 N Y XC, YC 输出结果坐标 Y 3 TEMP 温度 T1, T2, T3, T4 Y Y PRES 压力 P1 at nodes I,J; 偏移量1 at I,J;P2 at I,J; 偏移量2 at I, J; P3 at I; P4 Y Y at J SDIR 轴向直接应力 1 1 SBYT 梁内单元+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 SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) 1 1 SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) 1 1 EPELDIR 端部轴向弹性应变 1 1 EPELBYT 梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 1 1 EPELBYB 梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 1 1 EPTHDIR 端点轴向热应变 1 1 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 1 1 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 1 1 EPINAXL 单元初始轴向应变 1 1 MFOR(X, Y) 单元坐标系中X，Y方向的力 2 Y MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 2 Y 说明：

1、每个单元的节点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。 “BEAM3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定义可列表察看的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格“BEAM3项目和序号表（KEYOPT（9）＝0）”到“BEAM3项目和序号表（KEYOPT（9）＝9）”的一些使用说明：

Name

指在“BEAM3单元输出信息表”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。 I,J

节点I,J所对应的数字序号。 ILN

中间点的的顺序号

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 0) ETABLE 和 ESOL命令输入项 Output Quantity Name （变量名） Item E I J SDIR 轴向直接应力 LS - 1 4 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS - 2 5 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS - 3 6 EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 2 5 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 3 6 EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 2 5 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 6 EPINAXL 单元初始轴向应变 LEPTH 7 - - SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC - 2 4 MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC - 1 7 MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC - 2 8 MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 SMISC - 6 12 P1 压力1在节点 I,J间 SMISC - 13 14 OFFST1压力1距节点偏移量 SMISC - 15 16 P2 压力2在节点 I,J间 SMISC - 17 18 OFFST2 压力2距节点偏移量 SMISC - 19 20 P3 压力3 SMISC - 21 - P4 压力4 SMISC - - 22 Pseudo Node（假节点） 1 2 3 4 TEMP 温度 LBFE 1 2 3 4 BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 1) ETABLE 和 ESOL命令输入项 Output Quantity Name （变量名） Item E I ILI J SDIR 轴向直接应力 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 EPELDIR 端部轴向弹性应变 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 EPTHDIR 端点轴向热应变 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 EPINAXL 单元初始轴向应变 SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) MFORX单元坐标系中X方向的力 MFORY单元坐标系中Y方向的力 MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 P1 压力1在节点 I,J间 OFFST1压力1距节点偏移量 P2 压力2在节点 I,J间 OFFST2 压力2距节点偏移量 P3 压力3 P4 压力4 TEMP 温度 LS LS LS LEPEL LEPEL LEPEL LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH NMISC NMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC LBFE - 1 4 7 - 2 5 8 - 3 6 9 - 1 4 7 - 2 5 8 - 3 6 9 - 1 4 7 - 2 5 8 - 3 6 9 10 - - - - 1 3 5 - 2 4 6 - 1 7 13 - 2 8 14 - 6 12 18 - 19 - 20 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 - 26 - 27 - - - - - 28 Pseudo Node（假节点） 1 2 3 4 1 2 3 4 BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 3) Output Quantity Name ETABLE 和 ESOL命令输入项（变量名） Item E I IL1 IL2 IL3 SDIR 轴向直接应力 LS - 1 4 7 10 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS - 2 5 8 11 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS - 3 6 9 12 EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4 7 10 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 2 5 8 11 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 3 6 9 12 EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 7 10 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 2 5 8 11 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 6 9 12 EPINAXL 单元初始轴向应变 LEPTH 16 - - - - SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 5 7 SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC - 2 4 6 8 MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC - 1 7 13 19 MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC - 2 8 14 20 MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 SMISC - 6 12 18 24 P1 压力1在节点 I,J间 SMISC - 31 - - - OFFST1压力1距节点偏移量 SMISC - 33 - - - P2 压力2在节点 I,J间 SMISC - 35 - - - OFFST2 压力2距节点偏移量 SMISC - 37 - - - P3 压力3 SMISC - 39 - - - P4 压力4 SMISC - - - - - Pseudo Node（假节点） 1 2 3 J 13 14 15 13 14 15 13 14 15 - 9 10 25 26 30 32 34 36 38 - 40 4 TEMP 温度 LBFE 1 2 3 4 BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 5) Output Quantity Name ETABLE 和 ESOL命令输入项（变量名） Item E I IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 J SDIR 轴向直接应力 LS - 1 4 7 10 13 16 19 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS - 2 5 8 11 14 17 20 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS - 3 6 9 12 15 18 21 EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4 7 10 13 16 19 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 2 5 8 11 14 17 20 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 3 6 9 12 15 18 21 EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 7 10 13 16 19 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 2 5 8 11 14 17 20 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 6 9 12 15 18 21 EPINAXL 单元初始轴向应变 LEPTH 22 - - - - - - - SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 5 7 9 11 13 SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC - 2 4 6 8 10 12 14 MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC - 1 7 13 19 25 31 37 MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC - 2 8 14 20 26 32 38 MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 SMISC - 6 12 18 24 30 36 42 P1 压力1在节点 I,J间 SMISC - 43 - - - - - 44 OFFST1压力1距节点偏移量 SMISC - 45 - - - - - 46 P2 压力2在节点 I,J间 SMISC - 47 - - - - - 48 OFFST2 压力2距节点偏移量 SMISC - 49 - - - - - 50 P3 压力3 SMISC - 51 - - - - - - P4 压力4 SMISC - - - - - - - 52 Pseudo Node(假节点) 1 2 3 4 TEMP 温度 LBFE 1 2 3 4 BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 7) Output Quantity Name ETABLE 和 ESOL命令输入项（变量名） Item E I IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 IL6 IL7 J SDIR 轴向直接应力 LS - 1 4 7 10 13 16 19 22 25 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS - 2 5 8 11 14 17 20 23 26 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS - 3 6 9 12 15 18 21 24 27 EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4 7 10 13 16 19 22 25 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应LEPEL - 2 5 8 11 14 17 20 23 26 变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应LEPEL - 3 6 9 12 15 18 21 24 27 变 EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 7 10 13 16 19 22 25 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应LEPTH - 2 5 8 11 14 17 20 23 26 变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应LEPTH - 3 6 9 12 15 18 21 24 27 变 EPINAXL 单元初始轴向应变 LEPTH 28 - - - - - - - - - SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 5 7 9 11 13 15 17 SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC - 2 4 6 8 10 12 14 16 18 MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC - 1 7 13 19 25 31 37 43 49 MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC - 2 8 14 20 26 32 38 44 50 MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 P1 压力1在节点 I,J间 OFFST1压力1距节点偏移量 P2 压力2在节点 I,J间 OFFST2 压力2距节点偏移量 P3 压力3 P4 压力4 TEMP 温度 SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC - - - - - - - 6 55 57 59 61 63 12 - - - - - - 1 1 LBFE 18 24 30 36 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Pseudo Node(假节点) 2 3 2 3 42 - - - - - - 48 - - - - - - 4 4 54 56 58 60 62 - 64 BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 9) Item SDIR 轴向直接应力 LS SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹LEPEL 性应变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹LEPEL - 3 6 性应变 EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热LEPTH - 2 5 应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热LEPTH - 3 6 应变 EPINAXL 单元初始轴向应变 LEPTH 34 - - SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应NMISC - 1 3 力) SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应NMISC - 2 4 力) MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC - 1 7 MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC - 2 8 MMOMZ 单元坐标系中Z方向的弯矩 SMISC - 6 12 P1 压力1在节点 I,J间 SMISC - 67 - OFFST1压力1距节点偏移量 SMISC - 69 - P2 压力2在节点 I,J间 SMISC - 71 - OFFST2 压力2距节点偏移量 SMISC - 73 - P3 压力3 SMISC - 75 - P4 压力4 SMISC - - - TEMP LBFE 1 Output Quantity Name （变量名） ETABLE 和 ESOL命令输入项 E I IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 IL6 IL7 - 1 4 7 10 13 16 19 22 - 2 5 8 11 14 17 20 23 - 3 6 9 12 15 18 21 24 - 1 4 7 10 13 16 19 22 - 2 5 8 11 14 17 20 23 9 7 8 9 - 5 6 7 8 12 10 11 12 - 9 10 15 13 14 15 - 18 16 17 18 - 11 12 21 19 20 21 24 22 23 24 IL8 25 26 27 25 26 27 25 26 27 IL9 28 29 30 28 29 30 28 29 30 - 19 20 J 31 32 33 31 32 33 31 32 33 - 21 22 61 62 66 68 70 72 74 - 76 - - - 13 15 17 14 16 18 13 19 25 31 37 43 49 55 14 20 26 32 38 44 50 56 18 24 30 36 42 48 54 60 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Pseudo Node(假节点) 1 2 3 4 2 3 4 假设与限制:

? 梁单元必须位于X-Y平面内，长度及面积不可为0; ? 对任何形状截面的梁等效高度必须先行决定，因为弯曲应力的计算为中性轴至最外边的距

离为高度的一半；

? 单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；

? 作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；

? 若不使用大变形时，转动惯量可为0。 BEAM3在软件各产品中的使用限制：

当使用以下产品时，BEAM3单元的使用还要受到以下限制： ANSYS专业版：

? 不能计算阻尼材料. ? 体荷载不能为热流量.

? 能考虑的特性仅限应力硬化及大挠度两项。 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x,y,z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Θ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定的：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（θ），绕X轴（单元座标系下）扭转惯性矩（IXX）及材料属性。如果IXX没有给定或输入值为0，那系统默认为其等于极惯性

矩（IZZ＋IYY）。IXX一般应给定且其小于极惯性矩。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轴的方向自动确定为平行于系统坐标系下的X－Y平面。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。用户可以通过给定θ角或定义第三个节点的方法来控制单元的方向。如果前面的两个参数同时给定时，则以给定第三点的控制为准。第三点一经给出就意味着定义了一个由I，J，K三点定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，那么给定的第三节点（K）或旋转角（θ）仅用来确定单元的初始状态。（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Δ/L给定，这里的Δ是单元长度L（由节点I和J的坐标所决定）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）。打开这项设置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计算（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。可以在本单元的表面施加面荷载，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，端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT（10）用来控制线性变化的横向压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定温度值，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定时其默认值等于第一个角的温度，如给定了T1和T2则T3的默认值为T2，T4的默认值为T1；T5到T8的值默认与T1到T4的值相对应。

KEYOPT（9）用来控制两节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, UY, UZ, 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 表面荷载：

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 -- T1, 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――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）

1――在“大变形选项”被考虑（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），且此时用于设定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(2) 会自动被设为1。

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

定一个大的实常数来仿真刚性体时是必要的。其实KEYOPT(2) = 2 与KEYOPT(2) = 0的意义是一样的, 有所区别的是 KEYOPT(2) = 0要受 SOLCONTROL为ON 或 OFF的控制, 而 KEYOPT(2) = 2 则不受 SOLCONTROL的控制。 KEYOPT(6)控制构件力及弯矩的输出

0――不输出

1――输出单元坐标系下的构件的力与弯矩。

KEYOPT(7)控制“回转阻尼矩阵”

0――不计回转阻尼矩阵

1――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――输出计算点数（N＝0,1，3,5，7,9）

KEYOPT（10）用于控制用SFBEAM指令输入荷载偏移量的输入方法：

0――以长度为单位，直接输入压力相对于I，J节点的偏移量 1――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轴单元厚度 5 TKY 沿Y 轴单元厚度 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 附加质量/单位长度 1、 SHEARZ与IZZ有关联，如果SHWARZ＝0则表示忽略单元Y方向的剪切变形； 2、 SHEARY与IYY有关连，如果SHWARY＝0则表示忽略单元Z方向的剪切变形。 BEAM4的输出数据:

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“Solution Output”，而有关结果内容察看的一些方法见“ANSYS Basic Analysis Guide”

BEAM4应力计算结果示意图

无论是第三还是第四列，“Y”表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－”则表示不输出。

单元输出信息表名称定义 O R EL 单元号 Y Y NODES 单元节点- I, J Y Y MAT 单元材料号 Y Y VOLU: 单元体积 - Y XC, YC, ZC 输出结果坐标 Y 3 TEMP 积分点上的温度 T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 Y Y PRES SDIR SBYT SBYB SBZT SBZB SMAX SMIN EPELDIR EPELBYT EPELBYB EPELBZT EPELBZB 压力P1 at nodes I, J; 偏移量1 at I, J; 压力P2 at I, J; 偏移量2 at I, J; 压力P3 at I, J; 偏移量3 at I, J; 压力P4 at I; 压力P5 at J 轴向正应力梁内单元+Y面上的弯曲应力梁内单元-Y面上的弯曲应力梁内单元+Z面上的弯曲应力梁内单元-Z面上的弯曲应力最大应力(正应力+弯曲应力) 最小应力(正应力-弯曲应力) 端部轴向弹性应变梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变梁内单元-Z面上的弯曲弹性应变 Y Y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 EPTHDIR 端点轴向热应变 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 EPTHBZT 梁内单元+Z面上的弯曲热应变 EPTHBZB 梁内单元-Z面上的弯曲热应变 EPINAXL 单元初始轴向应变 MFOR(X, Y, 单元坐标系中X，Y，Z方向的力 Z) MMOM(X, Y, 单元坐标系中X，Y，Z方向的弯矩 Z) 说明： 1、每个单元的节点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。 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 Y 2 Y “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定义可列表察看的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”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单元输出信息表”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。 I,J

节点I,J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) ETABLE 和 ESOL命令输入项 Output Quantity Name （变量名） Item E I J SDIR 轴向直接应力 LS - 1 6 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS - 2 7 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS - 3 8 SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力 LS - 4 9 SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力 LS - 5 10 EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 6 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 2 7 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 3 8 EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 4 9 EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 5 10 SMAX 最大应力(正应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 SMIN 最小应力(正应力-弯曲应力) NMISC - 2 4 EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH - 1 6 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 2 7 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 8 EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变 LEPTH - 4 9 EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变 LEPTH - 5 10 EPINAXL单元初始轴向应变 LEPTH 11 - -

MFORX单元坐标系中X方向的力 MFORY单元坐标系中Y方向的力 MFORZ单元坐标系中Z方向的力 MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩 MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩 MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩 P1 压力1在节点 I,J间 OFFST1压力1距节点偏移量 P2 压力2在节点 I,J间 OFFST2压力2距节点偏移量 P3 压力3在节点 I,J间 OFFST3压力3距节点偏移量 P4压力4 P5压力5 温度 LBFE SMISC - 1 SMISC - 2 SMISC - 3 SMISC - 4 SMISC - 5 SMISC - 6 SMISC - 13 SMISC - 15 SMISC - 17 SMISC - 19 SMISC - 21 SMISC - 23 SMISC - 25 SMISC - - Pseudo Node（假节点） 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 24 - 26 8 8

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9) = 1) Output Quantity Name SDIR 轴向直接应力 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力 SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力 EPELDIR 端部轴向弹性应变 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变 EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变 SMAX 最大应力(正应力+弯曲应力) SMIN 最小应力(正应力-弯曲应力) EPTHDIR 端点轴向热应变 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变 EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变 EPINAXL单元初始轴向应变 MFORX单元坐标系中X方向的力 MFORY单元坐标系中Y方向的力 MFORZ单元坐标系中Z方向的力 MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩 MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩 MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩 P1 压力1在节点 I,J间 OFFST1压力1距节点偏移量 P2 压力2在节点 I,J间 OFFST2压力2距节点偏移量 P3 压力3在节点 I,J间 ETABLE and ESOL Command Input Item E I IL1 J LS - 1 6 11 LS - 2 7 12 LS - 3 8 13 LS - 4 9 14 LS - 5 10 15 LEPEL - 1 6 11 LEPEL - 2 7 12 LEPEL - 3 8 13 LEPEL - 4 9 14 LEPEL - 5 10 15 NMISC - 1 3 5 NMISC - 2 4 6 LEPTH - 1 6 11 LEPTH - 2 7 12 LEPTH - 3 8 13 LEPTH - 4 9 14 LEPTH - 5 10 15 LEPTH 16 - - - SMISC - 1 7 13 SMISC - 2 8 14 SMISC - 3 9 15 SMISC - 4 10 16 SMISC - 5 11 17 SMISC - 6 12 18 SMISC - 19 - 20 SMISC - 21 - 22 SMISC - 23 - 24 SMISC - 25 - 26 SMISC - 27 - 28 OFFST3压力3距节点偏移量 P4压力4 P5压力5 TEMP SMISC SMISC SMISC 1 1 LBFE 2 2 - 29 - - 31 - - - - Pseudo Node 3 4 5 6 7 3 4 5 6 7 30 - 32 8 8

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9) = 3) Output Quantity Name SDIR 轴向直接应力 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力 SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力 EPELDIR 端部轴向弹性应变 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变 EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变 SMAX 最大应力(正应力+弯曲应力) SMIN 最小应力(正应力-弯曲应力) EPTHDIR 端点轴向热应变 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变 EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变 EPINAXL单元初始轴向应变 MFORX单元坐标系中X方向的力 MFORY单元坐标系中Y方向的力 MFORZ单元坐标系中Z方向的力 MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩 MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩 MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩 P1 压力1在节点 I,J间 OFFST1压力1距节点偏移量 P2 压力2在节点 I,J间 OFFST2压力2距节点偏移量 P3 压力3在节点 I,J间 OFFST3压力3距节点偏移量 P4压力4 P5压力5 TEMP Item LS LS LS LS LS LEPEL LEPEL LEPEL LEPEL LEPEL NMISC NMISC LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC 1 1 LBFE ETABLE and ESOL Command Input E I IL1 IL2 IL3 - 1 6 11 16 - 2 7 12 17 - 3 8 13 18 - 4 9 14 19 - 5 10 15 20 - 1 6 11 16 - 2 7 12 17 - 3 8 13 18 - 4 9 14 19 - 5 10 15 20 - 1 3 5 7 - 2 4 6 8 - 1 6 11 16 - 2 7 12 17 - 3 8 13 18 - 4 9 14 19 - 5 10 15 20 26 - - - - - 1 7 13 19 - 2 8 14 20 - 3 9 15 21 - 4 10 16 22 - 5 11 17 23 - 6 12 18 24 - 31 - - - - 33 - - - - 35 - - - - 37 - - - - 39 - - - - 41 - - - - 43 - - - - - - - - Pseudo Node 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 J 21 22 23 24 25 21 22 23 24 25 9 10 21 22 23 24 25 - 25 26 27 28 29 30 32 34 36 38 40 42 44 8 8

BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9) =5) Output Quantity Name SDIR 轴向直接应力 Item LS ETABLE and ESOL Command Input E I IL1 IL2 IL3 IL4 - 1 6 11 16 21 IL5 26 J 31 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力 LS SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力 LS EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性LEPEL 应变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性LEPEL 应变 EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性LEPEL 应变 EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹LEPEL 性应变 SMAX 最大应力(正应力+弯曲应力) NMISC SMIN 最小应力(正应力-弯曲应力) NMISC EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热LEPTH 应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热LEPTH 应变 EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应LEPTH 变 EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热LEPTH 应变 EPINAXL单元初始轴向应变 LEPTH MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC MFORZ单元坐标系中Z方向的力 SMISC MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩 SMISC MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩 SMISC MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩 SMISC P1 压力1在节点 I,J间 SMISC OFFST1压力1距节点偏移量 SMISC P2 压力2在节点 I,J间 SMISC OFFST2压力2距节点偏移量 SMISC P3 压力3在节点 I,J间 SMISC OFFST3压力3距节点偏移量 SMISC P4压力4 SMISC P5压力5 SMISC 1 TEMP LBFE 1 - - - - - - - - - - - - - - - - 36 - - - - - - - - - - - - - - 2 2 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 1 2 3 4 5 - 1 2 3 4 5 6 43 45 47 49 51 53 55 - 7 8 9 10 6 7 8 9 10 3 4 6 7 8 9 10 12 13 14 15 11 12 13 14 15 5 6 11 12 13 14 15 17 18 19 20 16 17 18 19 20 7 8 16 17 18 19 20 22 23 24 25 21 22 23 24 25 9 10 21 22 23 24 25 - 25 26 27 28 29 30 - - - - - - - - 7 7 27 28 29 30 26 27 28 29 30 11 12 26 27 28 29 30 - 31 32 33 34 35 36 - - - - - - - - 32 33 34 35 31 32 33 34 35 13 14 31 32 33 34 35 - 37 38 39 40 41 42 44 46 48 50 52 54 - 56 8 8 - - - 7 13 19 8 14 20 9 15 21 10 16 22 11 17 23 12 18 24 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Pseudo Node 3 4 5 6 3 4 5 6 BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9) =7) Output Quantity Name SDIR 轴向直接应力 SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力 SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应力 Item LS LS LS LS LS E - - - - - I 1 2 3 4 5 ETABLE and ESOL Command Input IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 6 11 16 21 26 7 12 17 22 27 8 13 18 23 28 9 14 19 24 29 10 15 20 25 30 IL6 31 32 33 34 35 IL7 36 37 38 39 40 J 41 42 43 44 45 EPELDIR 端部轴向弹性应变 EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变 EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变 EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变 SMAX 最大应力(正应力+弯曲应力) SMIN 最小应力(正应力-弯曲应力) EPTHDIR 端点轴向热应变 EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯曲热应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯曲热应变 EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲热应变 EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲热应变 EPINAXL单元初始轴向应变 MFORX单元坐标系中X方向的力 MFORY单元坐标系中Y方向的力 MFORZ单元坐标系中Z方向的力 MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩 MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩 MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩 P1 压力1在节点 I,J间 OFFST1压力1距节点偏移量 P2 压力2在节点 I,J间 OFFST2压力2距节点偏移量 P3 压力3在节点 I,J间 OFFST3压力3距节点偏移量 P4压力4 P5压力5 TEMP LEPEL LEPEL LEPEL LEPEL LEPEL NMISC NMISC LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC - - - - - - - - - - - - 46 - - - - - - - - - - - - - - 1 1 1 2 3 4 5 1 2 1 2 3 4 5 - 1 2 3 4 5 6 55 57 59 61 63 65 67 - 2 2 6 7 8 9 10 3 4 6 7 8 9 10 - 7 8 9 10 11 12 - - - - - - - - 3 3 11 12 13 14 15 5 6 11 12 13 14 15 - 13 14 15 16 17 18 - - - - - - - - 16 17 18 19 20 7 8 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 9 10 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 11 12 26 27 28 29 30 - 31 32 33 34 35 36 - - - - - - - - 6 6 31 32 33 34 35 13 14 31 32 33 34 35 - 37 38 39 40 41 42 - - - - - - - - 7 7 36 37 38 39 40 15 16 36 37 38 39 40 - 43 44 45 46 47 48 - - - - - - - - 41 42 43 44 45 17 18 41 42 43 44 45 - 49 50 51 52 53 54 56 58 60 62 64 66 - 68 8 8 LBFE - - 19 25 20 26 21 27 22 28 23 29 24 30 - - - - - - - - - - - - - - - - Pseudo Node 4 5 4 5 BEAM4项目和序号表(KEYOPT(9) =7) Item SDIR 轴向直接应力 LS SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力 LS SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力 LS SBZT梁内单元+Z面上的弯曲应力 LS SBZB梁内单元－Z面上的弯曲应LS 力 EPELDIR 端部轴向弹性应变 LEPEL EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲LEPEL 弹性应变 Output Quantity Name E - - - - - - - I 1 2 3 4 5 1 2 ETABLE and ESOL Command Input IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 IL6 IL7 IL8 IL9 6 11 16 21 26 31 36 41 46 7 12 17 22 27 32 37 42 47 8 13 18 23 28 33 38 43 48 9 14 19 24 29 34 39 44 49 10 15 6 7 11 12 20 16 17 25 21 22 30 26 27 35 31 32 40 36 37 45 41 42 50 46 47 J 51 52 53 54 55 51 52 EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲LEPEL 弹性应变 EPELBZT梁内单元+Z面上的弯曲LEPEL 弹性应变 EPELBZB梁内单元－Z面上的弯曲LEPEL 弹性应变 SMAX 最大应力(正应力+弯曲应NMISC 力) SMIN 最小应力(正应力-弯曲应NMISC 力) EPTHDIR 端点轴向热应变 LEPTH EPTHBYT 梁内单元+Y面上的弯LEPTH 曲热应变 EPTHBYB 梁内单元-Y面上的弯LEPTH 曲热应变 EPTHBZT梁内单元+Z面上的弯曲LEPTH 热应变 EPTHBZB梁内单元－Z面上的弯曲LEPTH 热应变 EPINAXL单元初始轴向应变 LEPTH MFORX单元坐标系中X方向的力 SMISC MFORY单元坐标系中Y方向的力 SMISC MFORZ单元坐标系中Z方向的力 SMISC MMOMX单元坐标系中X方向的弯矩 SMISC MMOMY单元坐标系中Y方向的弯矩 SMISC MMOMZ单元坐标系中Z方向的弯矩 SMISC P1 压力1在节点 I,J间 SMISC OFFST1压力1距节点偏移量 SMISC P2 压力2在节点 I,J间 SMISC OFFST2压力2距节点偏移量 SMISC P3 压力3在节点 I,J间 SMISC OFFST3压力3距节点偏移量 SMISC P4压力4 SMISC P5压力5 SMISC TEMP LBFE - - - - - - - - - - 56 - - - - - - - - - - - - - - 3 4 5 1 2 1 2 3 4 5 8 9 13 14 18 19 20 7 8 16 17 18 19 20 - 19 20 21 22 23 24 - - - - - - - - 3 3 23 24 25 9 10 21 22 23 24 25 28 29 30 11 12 26 27 28 29 30 33 34 35 13 14 31 32 33 34 35 38 39 40 15 16 36 37 38 39 40 - 43 44 45 46 47 48 - - - - - - - - 6 6 43 44 45 17 18 41 42 43 44 45 - 49 50 51 52 53 54 - - - - - - - - 7 7 48 49 50 19 20 46 47 48 49 50 - 55 56 57 58 59 60 - - - - - - - - 53 54 55 21 22 51 52 53 54 55 - 61 62 63 64 65 66 68 70 72 74 76 78 - 80 8 8 10 15 3 4 6 7 8 9 5 6 11 12 13 14 10 15 - 13 14 15 16 17 18 - - - - - - - - 2 2 - - 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 67 - 69 - 71 - 73 - 75 - 77 - 79 - - - 1 1 - - - 25 31 37 26 32 38 27 33 39 28 34 40 29 35 41 30 36 42 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Pseudo Node 4 5 4 5

假设与限制:

? 长度及面积不可为0，当不进行大变形分析时惯性矩可以为0;

? 对任何形状截面的梁等效高度必须先行决定，因为弯曲应力的计算为中性轴至最外边的距

离为高度的一半；

? 单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；

? 作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；

? 当使用相容切线刚度矩阵（KEYOPT(2) = 1）时，一定要注意使用切合实际的（即，按比

例的）单元实常数。这是因为相容应力刚度矩阵是基于单元应力计算的，如果人为取过大或过小的截面特性，则计算的应力可能不正确，导致相应的应力刚度矩阵也不正确（相容应力刚度矩阵的某些分量或能变成无穷大）。类似的取不合适的实常数带来的问题可能在线性预应力或线性屈曲分析（［PETRES，ON］）中发生。

? 在回转仪的模态分析中，特征值的计算对初位移的变化是十分敏感的，可能导致特征值的

实部或虚部也可能两部分含有潜在的错误。 BEAM4在软件各产品中的使用限制：

当使用以下产品时，BEAM3单元的使用还要受到以下限制： ANSYS专业版：

? 实常数SPIN（转动频率）无效； ? 不能计算阻尼材料；

? 关键选项KEYOPT（2）只能为0； ? 关键选项KEYOPT（7）只能为0；

? 能考虑的特性仅限应力硬化及大挠度两项。 Beam188单元描述：

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。

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；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、大角度转动和/并非线性大应变问题。

当NLGEOM 打开的时候，beam188 的应力刚化，在任何分析中都是缺省项。应力强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）。

Beam188/beam189 可以采用sectype、secdata、secoffset、secwrite 及secread 定义横截面。本单元支持弹性、蠕变及素性模型（不考虑横截面子模型）。这种单元类型的截面可以是不同材料组成的组和截面。

Beam188 从6.0 版本开始忽略任何实参数，参考seccontrols 命令来定义横向剪切刚度和附加质量。

单元坐标系统（/psymb，esys）与beam188 单元无关。下图是单元几何示意图：

BEAM188 输入数据

该单元的几何形状、节点位置、坐标体系如图“BEAM Geometry”所示，beam188 由整体坐标系的节点i 和j 定义。

节点K 是定义单元方向的所选方式，有关方向节点和梁的网格划分的信息可以参见ANSYS Modeling and Meshing Guide中的Generating a Beam Mesh With Orientation Nodes。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。

Beam188 可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）。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)。如果该单元采用大变形分析，需要注意这个第三号节点紧紧在定义初始单元方向的时候有效。

梁单元是一维空间线单元。横截面资料用sectype 和secdata 命令独立的提供，参见ANSYS Structural Analysis Guide 的Beam Analysis and Cross Sections 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锥形截面（参考Defining a Tapered Beam）。

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。

Beam188/beam189 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，这里： G

剪切模量 A

截面积 L

长度 EI

抗弯刚度

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评估，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 Shear Deformation Estimation

长细比(GAL2/(EI)) 25 50 100 铁木辛哥/欧拉－伯努力( δ Timoshenko / δ Euler-Bernoulli) 1.120 1.060 1.030 1000 1.003 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 命令忽略默

认的横向剪切刚度值。

无形变的状态决定了扭转作用引起的St.Venant 翘曲变形，甚至可以用来定义屈服后的剪应力。Ansys 没有提供选项来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和可能的截面的部分塑性屈服引起的。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较合。在这样的情况下，要求用solid 或者shell 单元来替换。

Beam188/beam189 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, and WARP。当KEYOPT(1) = 1，双力矩合双弧线将被输出。

实际上，当两个“约束扭转”的单元以一个尖锐的角度组合在一起的时候，你需要耦合他们的唯一合转角，但是它们平面外的自由度解藕。通过用两个节点在物理位置和运用合适的约束可以一般地实现。这个过程很容易的（自动的）实现，通过ENDRELEASE 命令，这个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。

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，截面面积改变来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）,你可以选择使得横截面是恒定的或者刚性的。

单元的输出在单元积分位置和截面的积分点是可以用到的。

沿着梁长度的积分点（高丝点）如图Figure 188.3: \所示：

Figure 188.3 BEAM188 Element Integration Stations

截面的应变和力（包括弯距）可以在这些积分点上得到。单元支持输出选项来外推这些数值到单元的节点。

Beam188/beam189 的在一些截面点的截面相关量（积分面积、位置、泊松比、函数倒数等）通过用sectype 和secdata 命令自动计算得到。每个截面假定是由一系列预先决定的9 节点元组合而成。下面的图形描述了模型运用矩形截面亚类和槽型截面亚类。每个截面单元有4 个积分点，每个可能与独立的材料种类相关联。 Figure 188.4 Cross-Section Cells

Beam188/beam189 提供在积分点和界面节点输出的选项。你可以要求紧紧在截面的外表面输出。（PRSSOL 打印截面节点和截面积分点结果。应力和应变在截面的截面打印，塑性应变，塑性作用，蠕变应力在截面的积分点输出。

当与单元相关的材料有非弹性的行为或者当截面的温度在截面中有变化，基本计算在截面的积分点上运行。对于更多的普通的弹性的运用，单元运用预先计算好的单元积分点上的截面属性。无论如何，应力和应变通过截面的积分点输出来计算。

如果截面指定为ASEC 亚类，仅仅广义的应力和应变（轴力、弯距、横向剪切、弯曲、剪应力）能够输出。3－D 轮廓线和变形形状不能输出。ASEC 亚类紧紧可以作为细矩形来显示来定义梁的方向。

Beam188/beam189 能够对组合梁进行分析，（例如，那些由两种或者两个以上材料复合而成的简单的实体梁）。这些组件被假设为完全固接在一起的。因此，该梁表现为一单一的元件。

多材料截面能力仅仅在梁的行为假定（铁木辛哥或者伯努力欧拉梁理论）成立的时候能运用。

用其他的话说，支持简单的传统铁木辛哥梁理论的扩展。在这些地方可能应用到： ? 双层金属带 ? 带金属加固的梁

? 位于不同材料组成的层上的传感器

Beam188/beam189 计算在截面刚度水平上的弯距和扭距的耦合。横向的剪切也作为一个独立的量来计算。这对于分层的组合物和夹层量可能会有很大的影响，如果街头处不平衡。

Beam188/189 没有用高阶理论来计算剪切应力的变更贡献，如果这些作用必须考虑的话，就需要运用ANSYS 实体单元。

要使beam188/beam189 用于特殊的应用，作试验或者其他的数值分析。在合适验证后使用对于组合截面的约束扭曲的选项

对于质量矩阵和一致荷载向量的赋值，比刚度矩阵使用的规则更高阶积分规则被使用到。单元支持一致质量矩阵和集中质量矩阵。用LUMPM，ON 命令来激活集中质量矩阵。一致质量矩阵时默认使用的。每单位长度的附加质量将用ADDMAS 截面控制来输入，参见\Input Summary\。

在节点（这些截面定义了单元的x 轴）上施加力，如果重心轴和单元的x 轴不是共线的，施加的轴力将产生弯距。如果质心和剪切中心不是重合的，施加的剪切力将导致扭转应力和弯曲。因而需要设置节点在那些你需要施加力的位置。可以适当的使用secoffset 命令中的offsety 和offsetz 自变量。默认的，ansys 会使用量单元的质心作为参考轴。

单元荷载在Node and Element Loads 被描述。压力可能被作为单元表面力被输入，就像Figure 188.1: \中带圈的数字所示。正的压力指向单元内部。水平压力作为单元长度的力来输入。端部的压力作为力输入。

当keyopt（3）＝0 的时候（默认），beam188 基于线性多项式，和其他的基于厄密多项式的单元（例如beam44）不同，一般来说要求网格划分要细化。

当keyopt（3）＝2，ansys 增加了一个中间积分点在内插值图标，有效的使得单元成为基于二次型功能的铁木辛哥梁。这个选项迫切被要求，除非这个单元作为刚体使用，而且你必须维持和一阶shell 单元的兼容性。线性变化的弯距被经且的表现。二次选项和beam189 相似，有如下的不同： ? 不论是否使用二次选项，beam188 单元最初始的几何总是直线。 ? 你不能读取中间节点，所以边界条件/荷载不能在那些节点描述。

均布荷载是不允许描述偏移的。不支持非节点的集中力。用二次选项（keyopt （3）＝2 当单元大和契型截面相关。

温度可以作为单元的体力在梁的每个端部节点的三个位置输入，单元的温度在单元的x 轴被输入（T（0，0）,和在离开x 轴一个单元长度的y 轴（T（1，0）），和在离开x 轴一个单元长度的z 方向（T（0，1））。第一坐标温度T（0，0）默认是TUNIF。如果所有的温度在第一次以后是没有指明的，那么它们默认的就为第一次输入的温度。如果所有i 节点的温度均输入了，j 节点的都没有指明，那么j 节点的温度默认的是等于i 节点的温度。对于其他的输入模式，没有指明的温度默认的是TUNIF。

你可以对该单元通过istress 和isfile 命令来定义初始应力状态。要获取更多的信息，可以参考ANSYS Basic Analysis Guide的Initial Stress Loading。可以替换的，你可以设置keyopt（10）＝1 来从用户的子程序ustress 来读取出初始应力。关于用户子程序的详细资料，参见ANSYS User Programmable Features 的指南。

应力刚化作用在单元中没有自动计算，如果对应力刚化作用需要非对称矩阵，使用nropt，unsym。

在\给出单元的输入总结。

BEAM188 Input Summary

节点

I, J, K (K, 方向点,可选但被要求) 自由度

UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ if KEYOPT(1) = 0 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ, WARP if KEYOPT(1) = 1 Section Controls 截面控制

TXZ, TXY, ADDMAS (See SECCONTROLS) (TXZ and TXY default to A*GXZ and A*GXY, respectively, where A = cross-sectional area) TXZ 和TXY 默认分别是A×GXZ 和A×GXY，这里A 是截面面积Material Properties 材料属性

EX, (PRXY or NUXY), ALPX, DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP 表面力

压力

face 1 (I-J) (-z normal direction), face 2 (I-J) (-y normal direction), face 3 (I-J) (+x tangential direction),

face 4 (J) (+x axial direction), face 5 (I) (-x direction).

(用负数表示作用方向相反) I 和j 是端节点体力

温度

T(0,0), T(1,0), T(0,1) at each end node 特殊特征

Plasticity 塑性

Viscoelasticity 粘弹性 Viscoplasticity 粘弹性 Creep 蠕变

Stress stiffening 应力刚化 Large deflection 大挠曲 Large strain 大应变

Initial stress import 初始应力引入

Birth and death (requires KEYOPT(11) = 1) 单元的生死（要求keyopt（11）＝1） Automatic selection of element technology 自动选择单元技术。支持下列用TB 命令相关的数据表种类: BISO,MISO, NLISO, BKIN, MKIN, KINH, CHABOCHE, HILL, RATE, CREEP, PRONY,SHIFT, CAST, and USER.

Note

对于材料模型细节可以参见ANSYS, Inc. Theory Reference 对于更多的关许单元技术选择的信息可以参见Automatic Selection of Element Technologies 和ETCONTROL KEYOPT(1) 扭转自由度 0 --

默认；六个自由度，不限制扭转 1 --

7 个自由度（包括扭转），双力矩和双曲线被输出 KEYOPT(2) 截面缩放比例 0 --

默认；截面因为轴线拉伸效应被缩放；当大变形开关打开的时候被调用。 1 --

截面被认为是刚性的（经典梁理论） KEYOPT(3) 插值数据 0 --

默认；线性多项式。要求划分细致。 2 --

二次型（对于铁木辛哥梁单元有效）运用中间节点（中点点用户无法修改）来提高单元的精度，能够精确的表示线性变化的弯距。 KEYOPT(4) 剪应力输出 0 --

默认；仅仅输出扭转相关的剪应力 1 --

仅仅输出弯曲相关的横向剪应力。 2 --

紧紧输出前两种方式的组合状态。 KEYOPT(6)

在单元积分点输出控制 0 --

默认；输出截面力、应变、和弯距 1 --

和keyopt（6）＝0 相同，加上当前的截面单元 2 --

和keyopt（6）＝1 相同加上单元基本方向（X、Y、Z） 3 --

输出截面力、弯距和应力、曲率，外推到单元节点。

Note

仅仅当outpr ,esol 是激活状态的时候，Keyopt（6）通过keyopt（9）来激活。当keyopt（6）、（7）、（8）和（9）都激活的时候，在单元输出中的应变是总应变。这个“总”包括温度应变。当单元材料是有塑性的时候，能够提供塑性应变和塑性作业。在/post1，可替换的运用prssol 命令。 KEYOPT(7)

输出控制在截面积分点（当截面的亚类为ASEC 的时候不可用） 0 --

默认；无 1 --

最大和最小应力、应变 2 --

和keyopt（7）＝1 相同，加上每个截面点山的应力和应变。 KEYOPT(8)

输出控制在截面节点（当截面亚类为ASEC 的时候不可用） 0 --

默认；无 1 --

最大和最小应力、应变 2 --

和keyopt（8）＝1 相同，加上沿着截面外表面的应力和应变。 3 --

和keyopt（8）＝1 相同，加上每个截面节点的应力和应变。 KEYOPT(9)

在单元节点和截面节点外推数值用的输出控制（当节点亚类为ASEC 的时候不可用） 0 --

默认；无 1 --

最大和最小应力、应变 2 --

和keyopt（9）＝1 相同，加上沿着截面外边缘的应力应变 3 --

和keyopt（9）＝1 相同，加上所有截面节点的应力和应变。 KEYOPT(10) 用户定义初始应力 0 --

无用户子程序来提供初始应力（默认） 1 --

从用于子程序ustress 来读取初始应力。

Note

参考Guide to ANSYS User Programmable Features帮助用户书写子程序。 KEYOPT(11) 设置截面属性 0 --

自动计算是否能够提前积分截面属性。（默认） 1 --

用户单元数值积分（在生/死功能的时候要求） KEYOPT(12) 契型截面处理 0 --

线性变化的契型截面分析；截面属性在每个积分点计算（默认），这种方法更加精确，但是计算量大。 1 --

平均截面分析；对于契型截面单元，截面属性仅仅在中点计算。这是划分网格的阶数的估计，但是，速度快。

Beam188 的输出数据

? ?

这种单元用两种方式计算输出

节点唯一和反应包括全部节点的计算。

附加的单元输出在Table 188.1: \描述。

在需要的地点，ansys 要求keyopt（8）＝2 和keyopt（9）＝2，参考ANSYS Basic Analysis Guide来找到查看结果的方法。

要看beam188 的3-D 变形形状，运用OUTRES,MISC 或者OUTRES 命令，所有的静态和瞬态分析的命令。要观察模态分析和特征值屈曲分析的3－D 模态形状，必须用激活单元结果扩展模态（MXPAND 命令Elcalc＝YES 的选项）

对于梁设计很常规的是使用轴力成分，轴力由轴向荷载和在各个端点的弯曲独立提供。因此，beam188 提供线性的应力输出作为它的SMISC 输出命令的一部分，由下面的定义来指示：

SDIR 是轴力引起的应力分量。

SDIR＝FX/A，这里FX 是轴力（SMISC 的数值为1 和14），A 表示截面面积。 SBYT 和SBYB 是弯曲应力分量。 SBYT = -MZ * ymax / Izz SBYB = -MZ * ymin / Izz SBZT = MY * zmax / Iyy SBZB = MY * zmin / Iyy

这里MY、MZ 是弯距（SMISC 数值是2、15、3、16）。坐标ymax, ymin, zmax, 和 zmin 是y 和z 坐标的最大和最小值。数值Iyy 和Izz 是截面惯性距。对于ASEC 梁截面，ANSYS 用最大和最小截面尺度，对于ASEC 种类的截面，最大最小的Y 和Z 方向直接分别假定在+0.5 到-0.5。单元应力的相应定义：

EPELDIR = EX EPELBYT = -KZ * ymax EPELBYB = -KZ * ymin EPELBZT = KY * zmax EPELBZB = KY * zmin

这里EX、KY 和KZ 是总应力和曲率（SMISC 数值是7,8,9, 20,21 和22）

输出的应力仅仅对于单元的弹性行为严格有效。Beam188 总是组合应力来支持非线性材料的行为。当单元和非线性材料相关的时候，组合应力最好作为线性近似来对待，应该谨慎的说

明。

单元运用以下符号输出定义表格：

在name 列的冒号表示该项目可以通过构成名字的方法来获得[ETABLE, ESOL]。第0 列表示该项有效的说明在文件Jobname.OUT 中。R 列表示该项的结果显示在results 文件中。无论在0 还是R 列中，Y 表示该项一直是可用的。数值表示描述哪里该项是选择性提供的脚注，－表示该项不提供。

Table 188.1 BEAM188 Element Output Definitions Name Definition O R EL NODES MAT C.G.:X, Y, Z AREA SF:Y, Z SE:Y, Z S:XX, XZ, XY E:XX, XZ, XY MX KX KY, KZ EX FX MY, MZ BM BK Element number Element connectivity Material number Center of gravity Area of cross-section Section shear forces Section shear strains Section point stresses Section point strains Torsional moment Torsional strain Curvature Axial strain Axial force Bending moments Bimoment Bicurvature Y Y Y Y 1 1 1 2 2 Y Y Y Y Y Y 3 3 Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 3 3 Note More output is described on the PRSSOL command in /POST1 See KEYOPT(6) description See KEYOPT(7), KEYOPT(8), KEYOPT(9) descriptions See KEYOPT(1) description

Table 188.2: \Item and Sequence Numbers\列出了通过etable 命令用序列号方法提供的输出。参见ANSYS Basic Analysis Guide 中的Creating an Element Table 和The Item and Sequence Number Table 来获取更多的信息。

Table 188.2: \用到了下列符号： Name

在Table 188.1: \中定义的输出量 Item

etable 提前定义的项目标签 I,J

在i 和j 节点数据的序列号

Table 188.2 BEAM188 Item and Sequence Numbers Output Quantity Name ETABLE and ESOL Command Input Item FX MY MZ MX SFZ SFY EX KY KZ KX SEZ SEY Area BM BK SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 27 28 J 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 29 30 横向剪切应力的输出 Beam188/beam189 基于三应力成分的表述。 .单轴

.双向剪切成分

剪切应力由扭转和横向荷载引起。Beam188/beam189 基于一阶剪切变形理论，和广泛知道的铁木辛哥梁理论。横向剪切应变对于截面是常数，因此基于横向剪应力剪切能量。建立通过提前确定的梁横截面剪应力分布系数重新分布，可以用于输出的目的。默认的，ansys 将仅仅输出扭转荷载导致的剪应力，keyopt（4）用来激活由屈曲和横向荷载引起的剪切应力的输出。横向剪应力的分布的精度和截面模型的单元划分精度直接成比例关系（为了定义翘曲、剪切重心和其他截面几何属性）。截面边缘的牵引自由状态仅仅在截面定义合适的模型适用。

默认的，ansys 运用划分网格的密度（对于截面模型），这个密度提供扭转硬化、翘曲硬化和惯性属性、剪切中心定义的精确结果。默认的网格划分运用对于非线性材料的计算也是合适的。然而，如果由横向力引起的剪应力分布如果要十分精确的捕捉的话需要更多的截面模型的定义。注意：增加截面网格划分的尺寸，并不是导致更大的计算量，如果相关的材料是线性的话。Sectype 和secdata 命令描述允许定义截面网格划分的密度。

横向剪应力分布计算忽略了泊松比的效应。泊松比对剪切修正因子和剪切应力分布有轻微的影响。

BEAM188 Assumptions and Restrictions

Beam188 假定和约束

梁不能0 长度

默认的（keyopt（1）＝0）翘曲约束效应假定为忽略的。截面失效和折叠不计算。

转动自由度在集中质量矩阵时不计算，如果存在偏移的话。

对于土木工程建立框架模型和典型多层结构模型而言每个构件运用单一单元时一种普通的实践。因为横向位移的三次插值，beam4 和beam44 对于这样一种方法更合适。然而，如果beam188 需要有那样的需要，确定对于每个构件运用几种单元。Beam188 包括横向剪力的效应。

单元采用完整的牛顿－拉夫森方法计算最好（那是默认的计算控制选项）。对于非线性问题，那由大转动决定，要求不可以使用pred，on。

注意仅仅可以分析适当厚度的梁。参考\来获取更多信息。当一种截面有多种材料复合的时候，/eshape 用来提出应力等值线（和其他数值），单元平均通过材料边缘的应力。为了限制这样的行为，在材料周围运用小截面元。没有输入选项来通过这样的行为。

当用SSTIF,ON 定义应力强化时，在几何非线性分析（NLGEOM，ON）适用。在几何线性分析中是忽略的(NLGEOM,OFF)。预应力可以通过pstres 命令激活。

Beam188 产品的限制

当beam188 在如下情况被使用的时候，定期产品—对于该单元的特殊限制以及普遍的假设和限制在以前的部分被给出。

Ansys 专业版

仅仅专业特征允许应力强化和大变形。

SHELL43单元描述：

4 节点塑性大应变单元

SHELL43 适合模拟线性、弯曲及适当厚度的壳体结构。单元中每个节点具有六个自由度：沿x、y和z 方向的平动自由度以及绕x、y和z 轴的转动自由度。平面内两个方向的形状必变都是线性的。对于平面外的运动，用张量组的混合内插法（a mixed interpolation of tensorial components）。

单元具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形和大应变的特性。关于此单元更详细的性能可参见ANSYS, Inc. Theory Reference中的SHELL43。如果是薄壳或者塑性和蠕变不需考虑，弹性的四边性壳单元（SHELL63）就可以了。如果遇到收敛困难或者需要考虑大应变时，可选择SHELL181 单元。当然，对于非线性结构分析我们推荐选择SHELL181 单元。

图43.1 SHEll43单元几何图示

其中：XIJ＝没有定义单元坐标系时的X 轴 X＝定义了单元坐标系时的X 轴

SHELL43 单元的输入数据：

图43-1 给出了此单元的几何形状、节点位置和坐标系设置。单元由四个节点、四个壳厚度以及正交各向异性的材料特性确定。在三角形、棱形和四面体单元一章中已经提到，当把节点K 和节点L 定义为同一个节点时就形成了三角形单元。

正交各向异性材料的方向与单元坐标系的方向一致。单元坐标系的方向已经在坐标系一章中描述过。单元X 轴可以从X 轴向Y 轴旋转一个角度THETA。

单元需要有一个有效的厚度。随着在每个角节点处输入的厚度值的不同，假定厚度在单元面积上平滑变化。如果单元厚度不变，只输入TK（I）就可以了。如果厚度不是常数，必须分别输入四个节点的厚度值。

单元名义上绕Z轴的平面内的转动刚度由KEYOPT(3)（＝0 或1）确定。另外一个真实的转动刚度（Allman 转动）相应在由KEYOPT(3)＝2 来定义。这样的话，实常数ZSTIF1 和ZSTIF2 就被用来控制Allman 转动理论中的两个伪零能量模态。ZSTIF1 和ZSTIF2 的默认值分别为1.0E-6 和1.0E-3。ADMSUA 是每单位面积的质量。

单元荷载在节点和单元荷载一章中已经讲过。压力被当做单元面上的表面荷载输入，如图43-1 的圆圈数字所示。正向表示指向单元表面。边界压力按单位长度的力来输入。温度可当成作用在角点位置（1-8）的单元体力输入，如图43-1所示。第一个角温度T1 默认值是TUNIF，如果其它的温度都不指定，它们的值也自动按T1 取值。如果只输入了T1 和T2，T1 值会赋给T1、T2、T3 和T4，而输入的T2 值会赋给T5、T6、T7 和T8。对于任何其它的输入方案，未指定温度时默认都

是TUNIF。

SHELL43 输入总结.给出了此单元的输入参数总结。一般的单元输入描述请参考单元输入一章。

SHELL43 单元输入总结：

Nodes （节点）

I, J, K, L

Degrees of Freedom （自由度）

UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ

Real Constants （实常数）

TK(I), TK(J), TK(K), TK(L), THETA, ZSTIF1 ZSTIF2, ADMSUA

See Table 43.1: \for a description of the real constants Material Properties （材料特性）

EX, EY, EZ, (or PRXY, PRYZ, PRXZ or NUXY, NUYZ, NUXZ),

ALPX, ALPY, ALPZ (or CTEX, CTEY, CTEZ or THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP Surface Loads （表荷载）

压力.

face 1 (I-J-K-L) (bottom, in +Z direction), face 2 (I-J-K-L) (top, in -Z direction),

face 3 (J-I), face 4 (K-J), face 5 (L-K), face 6 (I-L)

Body Loads （体荷载）

温度.

T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8

积分能量.

FL1, FL2, FL3, FL4, FL5, FL6, FL7, FL8

Special Features （特殊性质）

塑性蠕变应力硬化大变形大应变单元生死自适应下降 KEYOPT(3)

附加位移形变:

0--

包括平面内附加位移形变

1 --

不考虑附加位移形变

2 --

考虑Allman 转动刚度 (需用到实常数ZSTIF1 和ZSTIF2)

KEYOPT(4)

单元坐标系定义:

0 --

无用户子程序定义单元坐标系

4 --

单元X 轴位置由用户子程序 USERAN 确定

注意

参见 Guide to ANSYS User Programmable Features介绍用户添加子程序

KEYOPT(5)

附加单元输出:

0 --

基本单元结果

1 --

重复所有积分点和顶面、中面和底面的基本结果

2 --

结点应力结果

KEYOPT(6)

非线性积分点输出:

0 --

基本单元结果

1 --

非线性积分点输出

表 43.1 SHELL43 单元实常数 No. 名称结点I处壳厚度结点J处壳厚度结点K处壳厚度结点L处壳厚度单元X轴转角 Allman 转动控制常数 (当 KEYOPT(3) = 2时，可用) Allman 转动控制常数 (当 KEYOPT(3) = 2时，可用) 描述 1 TK(I) 2 TK(J) 3 TK(K) 4 TK(L) 5 THETA 6 ZSTIF1 7 ZSTIF2 No. 名称附加质量/单位面积描述 8 ADMSUA SHELL43 单元输出数据：

此单元有两种结构输出形式：

? ?

? 总体结点结果中的结点位移输出 ? 表

43.2: \单元输出定义\中给出的附加单元输出

?一些输出项目见图 43.2: \的应力输出\。

单元应力的方向和力的合成（NX，MX，TX 等）平等于单元坐标系。基本的单元结果输出位置在单元上表面I-J-K-L 的中心、单元质心和单元下表面I-J-K-L 的中心。对于三角形单元情况，表面中心和单元质心到平均值。更一般的结果输出描述请参见结果输出一章。查看结果的方式请参考Ansys 基本分析向导。

图43.2 SHELL43 单元应力输出

其中：XIJ＝没有定义单元坐标系时的X 轴 X＝定义了单元坐标系时的X 轴

单元输出定义表用以下规则标记：

名称一栏里的冒号（:）表示此项可用组合名字的方法使用[ETABLE, ESOL]。O

栏表示结果可以在jobname.out输出文件中找到；R 栏表示结果可以在结果文件中找到。在O栏或者R栏中的Y表示该项结果总是能够得到；数字表示该项结果是有条件才能得到的，条件

请在脚注中参阅；符号.-.表示该项结果不可得到。

表 43.2 SHELL43 单元输出定义

名称 EL NODES MAT THICK VOLU: XC, YC, ZC PRES TEMP LOC 单元号和名字结点 - I, J, K, L 材料号平均厚度体积结果描述位置定义 O R Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y 3 在结点 I, J, K, L上的压力 P1; P2 at I, J, K, L; P3 atJ, I; P4 at K, Y Y J; P5 at L, K; P6 at I, L 温度T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 TOP, MID, BOT, 或者积分点位置主应力应力强度等效应力 Y Y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Y Y - Y 2 2 - 2 2 2 - 2 2 2 2 2 2 2 Y Y Y Y S:X, Y, Z, XY, YZ, XZ 应力 S:1, 2, 3 S:INT S:EQV EPEL:X, Y, Z, XY, 弹性应变 YZ, XZ EPEL:1, 2, 3 EPEL:EQV 主弹性应变等效弹性应变 [4] EPTH:X, Y, Z, XY, 平均温度应变 YZ, XZ EPTH:EQV 等效温度应变 [4] EPPL:X, Y, Z, XY, YZ, 平均塑性应变 XZ EPPL:EQV 等效塑性应变 [4] EPCR:X, Y, Z, XY, 平均蠕变应变 (X, Y, Z, XY, YZ, XZ) YZ, XZ EPCR:EQV NL:EPEQ NL:SRAT NL:SEPL T(X, Y, XY) M(X, Y, XY) 等效蠕变应变 [4] 平均等效塑性应变试探应力与屈服面应力的比率从应力应变曲线得到平均等效应力单元平面内X, Y, 和 XY 方向的力单元 X, Y, 和 XY方向的弯矩名称 N(X, Y) 定义单元平面内X, Y, 和 XY 方向的力 O R Y Y 1. 这些应力结果按单元顶面、中面和底面分别输出 (如果KEYOPT(5) = 1也可按所有积分点输出)

2. 如果单元是非线性材料，则按单元顶面、中面和底面输出非线性结果 3. 只有在质心处用 *GET 命令时可用

4. 等效应变取用实际的伯松比：对于弹性问题和热力学问题此值由（MP，PRXY）指定；对塑性和蠕变问题此值取0.5。表 43.3 SHELL43 单元杂项输出

描述非线性积分点结果结点应力结果输出项目名称 EPPL, EPEQ, SRAT, SEPL, EPCR TEMP, S(X, Y, Z, XY, YZ, XZ), SINT, SEQV O R 1 - 2 - 1. 如果单元是非线性材料并且KEYOPT(6) = 1，则在每一个积分点输出结果； 2. 在每个结点输出, 如果 KEYOPT(5) = 2, 每个位置都会得到结果

表43-4：.SHELL43 单元输出项目及序列号.列出了用ETABLE 命令通过序号查询结果的方法。详细说明请参考通用后处理（POST1）一章和此手册的项目编号表。下面是表43-4 中用到的标识说明。

名称

表43-2 中定义的输出量

ITEM

用 ETABLE 预先定义的标签项

预先定义的单值或常单元数据号

I,J,K,L

对于结点 I,J,K,L 的序号

Table 43.4 SHELL43 Item and Sequence Numbers

输出项目名称 Item TX TY TXY SMISC SMISC SMISC ETABLE 和 ESOL 命令输出 E 1 2 3 I - - - J - - - K - - - L - - - 输出项目名称 Item MX MY MXY NX NY P1 P2 P3 P4 P5 P6 THICK Top S:1 S:2 S:3 S:INT S:EQV Bottom S:1 S:2 S:3 S:INT S:EQV 1 FLUEN ETABLE 和 ESOL 命令输出 E 4 5 6 7 8 I - - - - - J - - - - - K - - - - - 12 16 - - 21 - 16 17 18 19 20 36 37 38 39 40 7 48 L - - - - - SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC NMISC 2 - 9 10 11 - - 13 14 15 - 18 17 - - 49 - - - 20 19 - 22 - - 6 7 8 9 - 11 12 13 14 - 23 - 24 - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 10 15 - 21 26 31 - 22 27 32 - 23 28 33 - 24 29 34 - 25 30 35 Corner Location 3 4 5 6 8 NMISC 41 42 43 44 45 46 47 SHELL43 单元的一些假定和限制

? 不允许出现零面积单元。当单元没有适当编号时很容易出现这种情况； ? 不允许出现零厚度单元或者在某个角点处单元逐渐变为零厚度；

? 在弯曲荷载和变厚度单元的情况下，会产生较差的应力结果，需要重新划分网格； ? 用三角形形式的单元会比用四边形单元产生更差的结果。但是，在热荷作用下，当单元过度弯曲变形时，三角形单元会比四边形单元产生更加精确的结果； ? 在热荷作用下，四边形SHELL43 单元会在过度弯曲变形处产生不准确的应力结

果；

? 应用横向热梯度假定在厚度方向线性变化； ? 此单元的平面外法向应力在厚度方向上线性变化； ? 横向剪应力（SYZ和SXZ）假定为常数，不随厚度变化； ? 考虑剪切变形；

? 没有弯矩的弹性矩形单元会得出不变的屈曲结果，如：节点处应力和质心处应力相同；

? 要得到线性变化的结果可用SHELL63 单元（没有剪切变形）或者SHELL93（没有中节点）；

? 三角性单元不是几何不变的，并且会产生一个不变的屈服结果； ? 只有集中质量矩阵可用。

SHELL43 产品限制

没有特殊的限制。

横向剪切应力的输出

Beam188/beam189 基于三应力成分的表述。 .单轴

.双向剪切成分

横向剪应力的分布的精度和截面模型的单元划分精度直接成比例关系（为了定义翘曲、剪切重心和其他截面几何属性）。截面边缘的牵引自由状态仅仅在截面定义合适的模型适用。

横向剪应力分布计算忽略了泊松比的效应。泊松比对剪切修正因子和剪切应力分布有轻微的影响。

BEAM188 Assumptions and Restrictions

Beam188 假定和约束

梁不能0 长度

默认的（keyopt（1）＝0）翘曲约束效应假定为忽略的。截面失效和折叠不计算。

转动自由度在集中质量矩阵时不计算，如果存在偏移的话。

单元采用完整的牛顿－拉夫森方法计算最好（那是默认的计算控制选项）。对于非线性问题，那由大转动决定，要求不可以使用pred，on。

当用SSTIF,ON 定义应力强化时，在几何非线性分析（NLGEOM，ON）适用。在几何线性分析中是忽略的(NLGEOM,OFF)。预应力可以通过pstres 命令激活。

Beam188 产品的限制

当beam188 在如下情况被使用的时候，定期产品—对于该单元的特殊限制以及普遍的假设和限制在以前的部分被给出。

应用举例

实验一衍架的结构静力分析 ............................................................................................. 42

一、问题描述 ................................................................................................................. 42 二、实训目的 ................................................................................................................. 42 三、结果演示 ................................................................................................................. 43 四、实训步骤 ................................................................................................................. 43 实验二三维实体结构的分析 ............................................................................................. 54

一、问题描述 ................................................................................................................. 54 二、实训目的 ................................................................................................................. 54 三、结果演示 ................................................................................................................. 55 四、实训步骤 ................................................................................................................. 55 实验三变截面高速轴的最优化设计 ................................................................................. 63

一、问题描述 ................................................................................................................. 63 二、实训目的 ................................................................................................................. 65 三、实验步骤 ................................................................................................................. 66 实验四压杆的最优化设计 ................................................................................................. 68

一、问题描述 ................................................................................................................. 68 二、实训目的 ................................................................................................................. 69 三、实验步骤 ................................................................................................................. 69 实验五悬臂梁的可靠度分析 .............................................. 71

一、问题描述 ........................................................ 71

参考文献......................................................................................................................................... 73

实验一衍架的结构静力分析

结构静力分析是ANSYS软件中最简单，应用最广泛的一种功能，它主要用于分析结构在

固定载荷（主要包括外部施加的作用力，稳态惯性力如重力和离心力，位移载荷和温度载荷等）作用下所引起的系统或部件的位移，应力，应变和力。一般情况下，结构静力分析适用于不考虑或惯性，阻尼以及动载荷等对结构响应的影响不大的场合，如温度，建筑规范中的等价静力风载和地震载荷等在结构中所引起的响应。

结构静力分析分为线性分析和非线性分析两类，由于非线性分析涉及大变形，塑性，蠕变和应力强化等内容，较为复杂，不适于作为入门教学。因此，本实训中只讨论ANSYS的线性结构静力分析。

一、问题描述

图1所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一

个方向向下的力Fy ,衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。试计算各杆件的受力。

其他已知参数如下: 弹性模量（也称扬式模量）

E=206GPa；泊松比μ=0.3；

作用力Fy =-1000N；杆件的

横截面积A=0.125m. 显然，该问题属于典型的衍架静力分析问题，通过理论求解

图1衍架结构简图

方法（如节点法或截面法）也可以很容易求出个杆件的受力，但这里为什么要用ANSYS软件对其分析呢？

二、实训目的

本实训的目的有二：一是使学生熟悉ANSYS8.0软件的用户界面，了解有限元分析的一

般过程；二是通过使用ANSYS软件分析的结果和理论计算结果进行比较，以建立起对利用ANSYS软件进行问题根系的信任度，为以后使用ANSYS软件进行更复杂的结构分析打基础。

三、结果演示

应用菜单命令输入栏主菜单图形显示区显示调整工具栏图2 用户主界面

通过使用ANSYS8.0软件对该衍架结构进行静力分析，其分析结果与理论计算结果如表

1所示。

表1 ANSYS分析结果与理论计算结果的比较

杆件序号 ANSYS分析结果/N 理论计算结果/N 误差/% 0.3 0.3 0.3 333.333 333.333 666.667 -471.405 0.5 0 0.3 0.5 0.3 0 -666.667 471.405 666.667 -942.809 0.1 1 333.33 2 333.33 3 666.67 4 5 6 7 471.40 8 666.67 9 -947.81 -471.40 0 -666.67

比较结果表明，使用ANSYS分析的结果与理论计算结果的误差不超过0.5%，因此，

利用ANSYS软件分析来替代理论计算是完全可行的。

四、实训步骤

（一） ANSYS8.0的启动与设置

1．启动。点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS，即可进入ANSYS图形用户主界面。如图2所示。其中，几个常用的部分有应用菜单，命令输入栏，主菜单，图形显示区和显示

调整工具栏，分别如图2所示。

2．功能设置。电击主菜单中的“Preference”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural”复选框，点击“OK”按钮，关闭对话框，如图3所示。本步骤的目的是为了

图3 Preference参数设置对话框

仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。

3．系统单位设置。由于ANSYS软件系统默认的单位为英制，因此，在分析之前，应将其设置成国际公制单位。在命令输入栏中键入“/UNITS，SI”，然后回车即可。（注：SI表

图4单元类型库对话框

示国际公制单位）

图5单元类型对话框

（二）单元类型，几何特性及材料特性定义

1．定义单元类型。电击主菜单中的“Preference >Element Type>Add/Edit/Delete”，弹出对话框，点击对话框中的“Add?”按钮，又弹出一对话框（图4），选中该对话框中

的“Link”和“ 2D spar 1”选项，点击“OK”，关闭图4对话框，返回至上一级对话框，此时，对话框中出现刚才选中的单元类型：LINK1，如图5所示。点击“Close”，关闭

图6单元类型对话框图7 实常数对话框

图8 材料特性对话框

图5所示对话框。注：LINK1属于二维平面杆单元，即我们常说的二力杆，只承受拉压，不考虑弯矩。

2．定义几何特性。在ANSYS中主要是实常数的定义：点击主菜单中的“Preprocessor>RealContants>Add/Edit/Delete”, 弹出对话框，点击“Add?”按钮，第二（1）步定义的LINK1单元出现于该对话框中，点击“OK”，弹出下一级对话框，如图6所示。在AREA一栏杆件的截面积0.125，点击“OK”，回到上一级对话框，如图7所示。点

击“Close”，关闭图7所示对话框。

3．定义材料特性。点击主菜单中的“Preprocessor>Material Props> Material Models”, 弹出对话框，如图8所示,逐级双击右框中“Structural,Linear,Elastic,Isotropic”前图标，弹出下一级对话框，在弹性模量文本框中输入：206E9，在泊松比文本框中输入：0.3，如图9所示，点击“OK” 返回上一级对话框，并点击“关闭”按钮，关闭图8所示对话框。

（三）衍架分析模型的建立

1．生成节点。图10所示衍架中共有6个节点，其坐标根据已知条件容易求出如下：1（0，0，0），2（1，0，0），3（2，0，0），4（3，0，0），5（1，1，0），6（2，1，0）。点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>In Active CS”, 弹出对话框.在“Node

图9 材料特性参数对话框

图10 节点生成参数输入对话框

number”一栏中输入节点号1，在“XYZ Location”一栏中输入节点1的坐标（0，0，0），如图10所示，点击“Apply” 按钮，在生成1节点的同时弹出与图10一样的对话框，同理将2-6点的坐标输入，以生成其余5个节点。此时，在显示窗口上

图11 生成节点显示

显示所生成的6个节点的位置，如图11所示。

2．生成单元格。点击主菜单中的

“Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>Thru Nodes”,弹出“节点选择”对话框，如图12所示。依次点选节点1、2，点击Apply按钮，既可生成①单元。同理，分别点击2、3； 3、4；1、5；2、5；5、6；3、5；3、6；4、6可生成其余8个单元。生成后的单元如图13所示。

（四）施加载荷

1．施加位移约束。点击主菜单中的

“Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes”,弹出与图12所示类似的“节点选择”对话框，点选1

图13 生成单元显示

节后，然后点击“Apply”按钮，弹出对话框如图14所示，选择右上列表框中的“All DOF”,并点击“Apply” 按钮，弹出对话框如图14所示，选择右上列表框中的UY，并点击“OK”按钮，即可完成对节点4沿y方向的位移约束。

图12 节点选择对话框

图14 节点1的位移约束

2．施加集中力载荷。点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes”,弹出对话框如图15所示，在“Direction of force/mom”一项中选择：“FY”，在“Force/Moment value” 一项中输入：-1 000（注：负号表示力的方向与Y的正向相反），然后点击“OK”按钮关闭对话框，这样，就在节点3处给桁架结构施加了一个竖直向下的集中载荷。

说明：根据图1所示有限元分析的基本过程，到此为止，有限元分析的前置处理部分已经结束。但在使用ANSYS软件进行分析的过程中，施加载荷这一步骤往往

既可以在前置处理中完成（如本实训一样），也可以在求解器中完成（如点击主菜单中的“Solution>Define Loads>Apply>Stuctural?”,实现过程完全一样）。

图15 施加载荷

（五）开始求解

点击主菜单中的“Solution>Solve>Current LS”,弹出对话框（图16），点击“OK”按钮，开始进行分析求解。分析完成后，又弹出一信息窗口（图17）提示用户已完成求解，点

击“Close”按钮关闭对话框即可。至于在求解时产生的STATUS Command窗口，点击“File>Close”关闭即可。

说明：到此为止，有限元分析的求解器计算部分已经结束。

图16 求解对话框

图17 求解完成

（六）分析结果显示

1．显示变形图。点击主菜单中的“General Postproc>Plot Results>Deformed Shape”,弹出对话框如图18所示。选中“Def + undeformed”选项，并点击“OK”按钮，即可显示

图2-3 用户主界面