内容发布更新时间 : 2024/5/21 16:26:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

在结构分析中，“结构”一般指结构分析的力学模型。 按几何特征和单元种类，结构可分为杆系结构、板 壳结构和实体结构。

杆系结构：其杆件特征是一个方向的尺度远大于其它 两个方向的尺度，例如长度远大于截面高度和宽度的 梁。单元类型有杆、梁和管单元（一般称为线单元）

板壳结构：是一个方向的尺度远小于其它两个方向尺 度的结构，如平板结构和壳结构。单元为壳单元

实体结构：则是指三个方向的尺度约为同量级的结构， 例如挡土墙、堤坝、基础等。单元为3D实体单元和2D 实体单元

杆系结构：

①当构件15>L/h≥4时，采用考虑剪切变形的梁单元。 ②当构件L/h≥15时, 采用不考虑剪切变形的梁单元。 ③BEAM18X系列可不必考虑的上限，但在使用时必须 达到一定程度的网格密度。

对于薄壁杆件结构，由于剪切变形影响很大，所以必 须考虑剪切变形的影响。 板壳结构：

当L/h<5～8时为厚板，应采用实体单元。

当5～8<L/h<80～100时为薄板，选2D体元或壳元 当L/h>80～100时,采用薄膜单元。

对于壳类结构，一般R/h≥20为薄壳结构，可选择薄 壳单元，否则选择中厚壳单元。

对于既非梁亦非板壳结构，可选择3D实体单元。

杆单元适用于模拟桁架、缆索、链杆、弹簧等构件。 该类单元只承受杆轴向的拉压，不承受弯矩，节点只有 平动自由度。不同的单元具有弹性、塑性、蠕变、膨胀、 大转动、大挠度（也称大变形）、大应变（也称有限应 变）、应力刚化（也称几何刚度、初始应力刚度等）等 功能

⑴杆单元均为均质直杆，面积和长度不能为零（LINK11 无面积参数）。仅承受杆端荷载，温度沿杆元长线性变 化。杆元中的应力相同，可考虑初应变。

⑵LINK10属非线性单元，需迭代求解。LINK11可作用线 荷载；仅有集中质量方式。

⑶LINK180无实常数型初应变，但可输入初应力文件， 可考虑附加质量；大变形分析时，横截面面积可以是变 化的，即可为轴向伸长的函数或刚性的。

⑷通常用LINK1和LINK8模拟桁架结构，如屋架、网架、 网壳、桁架桥、桅杆、塔架等结构，以及吊桥的吊杆、 拱桥的系杆等构件，必须注意线性静力分析时，结构 不能是几何可变的，否则造成位移超限的提示错误。 LINK10可模拟绳索、地基弹簧、支座等，如斜拉桥的

斜拉索、悬索、索网结构、缆风索、弹性地基、橡胶 支座等。LINK180除不具备双线性特性(LINK10)外，它 均可应用于上述结构中，并且其可应用的非线性性质 更加广泛，增加了粘弹塑性材料。

⑸LINK1、LINK8和LINK180单元还可用于普通钢筋和预 应力钢筋的模拟，其初应变可作为施加预应力的方式 之一。

梁单元分为多种单元，分别具有不同的特性，是 一类轴向拉压、弯曲、扭转(3D)单元。该类单元有常 用的2D/3D弹性梁元、塑性梁元、渐变不对称梁元、 3D薄壁梁元及有限应变梁元。此类单元除BEAM189实 为3节点外，其余均为2节点，但有些辅以另外的节点 决定单元的方向（如表1-5中的节点数）。 单元使用另外应注意的问题：

⑴梁单元面积和长度不能为零，且2D梁元必须位于XY平面 内。

⑵剪切变形的影响：当梁的高度远小于跨度时可忽略剪切 变形的影响。经典梁元基于变形前后垂直于中面的截面变形 后仍保持垂直的Kirchhoff假定，例如当剪切变形系数为零时 的BEAM3或BEAM4。但考虑剪切变形的梁弯曲理论中，仍 假定原来垂直于中面的截面变形后仍保持平面，（但不一定 垂直），ANSYS考虑剪切变形影响采用两种方法，即在经典 梁元的基础上引入剪切变形系数(BEAM3/4/23/24/44/54)和 Timoshenko梁元(BEAM188/189)，前者的截面转角由挠度 的一次导数导出，而后者则采用了挠度和截面转角各自独立 插值，这是两者的根本区别。

⑶自由度释放：梁元中能够利用自由度释放的单元

有BEAM44单元，通过keyopt(7)和keyopt(8)设定释放I 节点和J 节点的各个自由度。而高版本中的 BEAM188/189也可通过ENDRELEASE命令对自由度 进行释放，如将刚性节点设为球铰等。

⑷梁截面特性：能够采用梁截面特性的有BEAM44 和BEAM188/189三个单元。BEAM44截面不变时才能采 用梁截面，在不使用梁截面而输入实常数时可以采用 变截面。BEAM188/189在V8.0以上版本中可使用变截 面的梁截面，且可以采用不同材料组成的梁截面，而 BEAM44则不可。同时BEAM188/189支持约束扭转， 通过激活第七个自由度使用。

⑸BEAM23/24实常数的输入比较复杂。BEAM23可 输入矩形截面、薄壁圆管、圆杆和一般截面的几何尺 寸来定义截面。BEAM24则通过一系列的矩形段来定 义截面。

⑹荷载特性：梁单元大多支持单元跨间分布荷载、集 中荷载和节点荷载。但BEAM188/189不支持跨间集

中荷载和跨间部分分布荷载。特别注意的是梁单元的 分布荷载是施加在单元上，而不是施加在几何线上。 ⑺应力计算：对于输入实常数的梁元，其截面高度 仅用于计算弯曲应力和热应力，并且假定其最外层纤 维到中性轴的距离为梁高的一半。因此关于水平轴不 对称的截面，其应力计算是没有意义的。

2D实体单元是一类平面单元，可用于平面应力、

平面应变和轴对称问题的分析，此类单元均位于XY平 面内，且轴对称分析时Y轴为对称轴。单元由不同的 节点组成，但每个节点的自由度均为2个（谐结构实体 单元除外），即Ux和Uy。

⑴ 单元插值函数及说明: PLANE2 是协调元。 PLANE42可为协调元或为非协调元，当退化时为常 应变三角形单元。PLANE82是PLANE42的高阶单元， 采用3次插值函数。PLANE182与PLANE42具有相同 的插值函数，但无附加位移函数项；也可退化为3节 点三角形。PLANE183是PLANE182的高阶单元，与

PLANE82的插值函数相同，也可退化为6节点三角形。 P单元的插值函数可为2～8次，其中PLANE145是8节 点四边形单元，而PLANE146是6节点的三角形单元。 ⑵荷载特性：大多支持单元边界的分布荷载及节点荷 载，可考虑温度荷载，支持初应力文件等。特别地对

平面应力输入单元厚度时，施加的分布荷载不是线荷载（力/ 长度），而是面荷载（力/面积）；如果不输入单元厚度，则 为单位厚度。 ⑶其它特点：

四边形单元均可退化为三角形单元。

除P单元和谐结构单元不支持读入初应力外，其余均 支持。

除4节点单元支持非协调选项外，其余都不支持。 除4节点单元外，其余单元都适合曲边模型或不规则 模型。

3D实体单元用于模拟三维实体结构，此类单元每个 节点均具有三个自由度，即Ux、Uy、Uz三个平动自由 度

单元使用应注意的问题：

⑴关于SOLID72/73单元：SOLID72是4节点四面体实 体元，SOLID73是8节点六面体实体元，这两个单元每 个节点均具有6 个自由度， 即

Ux,Uy,Uz,Rotx,Roty,Rotz。在较高版本中ANSYS已不 再推荐使用，帮助文件中也不再介绍，但用命令流仍 然可用。原因之一是新的求解器PCG和SOLID92/95可 以较好的解决原有的求解问题；之二是防止不同单元 使用中“误用”转动自由度，例如与BEAM或SHELL混