内容发布更新时间 : 2024/6/3 20:47:02星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

利用截面库来定义时，当梁的轮廓与梁的截面特性相关，可以指定在分析过程中计算截面性质，这用于线性或者非线性材料行为；也可以在分析开始时计算这些截面性质，但这只适用于线弹性材料行为。

不管何种定义，都可以模拟线性与非线性行为。

6.1.1 截面点

这主要是用横截面库建立梁轮廓的时候所用，在分析过程中，用一组截面点，ABAQUS计算梁单元的响应；在分析前计算时，用截面的工程性质确定截面的响应，而截面点只是作为输出变量的位置。

6.1.2 横截面方向

在ABAQUS中，用户必须在整体笛卡尔空间中定义梁横截面的方向。如何定赋值梁横截面的方向，涉及到梁单元的局部切线t，代表局部梁横截面的矢量n1和n2方向。

6.1.3 梁单元曲率

如前面所述，如果n2不与梁轴正交（即梁轴的方向不与切向t一致），则认为梁有初始弯曲。无论直梁还是曲梁，可能都会涉及对曲率额模拟。

6.1.4 梁截面的节点偏置

当应用梁单元作为壳模型的加强件时，始梁和壳应用相同的节点是很方便的，这样壳和梁加强件将会重叠；也可以使梁横截面偏置于节点位置。

6.2 计算公式和积分

所有梁单元都是梁柱类单元，这就意味着它们可以产生轴向、弯曲和扭转变形。Timoshenko梁单元还考虑了横向剪切变形的影响。

6.2.1 剪切变形

线性单元（B21和B31）和二次单元（B22和B32）是考虑剪切变形的Timoshenko梁，既适用于剪切变形显著的深梁，又适用于细长梁。ABAQUS假设这些梁单元的横向剪切刚度为线弹性和常数；只要梁横截面尺寸小于结构典型轴向尺寸的1/10，这些单元可以提供有用的结果；还必须保证平截面假定。

ABAQUS中的三次单元被称为Euler-Bernoulli梁单元（B23和B33），它们不能模拟剪切变形。这些单元的横截面在变形过程中与梁的轴线保持垂直，因此用它们模拟相对细长的构件更为有效；这些单元假设剪切变形可以忽略不计，如果横截面尺寸小于结构典型轴向尺寸的1/15，那么这个假设就是有效的。

6.2.2 扭转响应——翘曲

梁对扭转的响应依赖于它的横截面形状，一般来讲，扭转会使横截面产生翘曲或非均匀的离面位移。在ABAQUS中仅对三维单元考虑扭转和翘曲的影响。在翘曲计算中，假设翘曲位移是小量。在扭转中，下列横截面的行为是不同的：

实心横截面、闭口薄壁横截面和开口薄壁横截面。 ⑴ 实心横截面

在扭转作用下，非圆形的实心横截面不再保持平面，而是发生翘曲。由翘曲所产生的轴向应力可以忽略不计，翘曲约束仅仅影响非常靠近约束端处的结果。

实心横截面梁的扭转刚度取决于材料的剪切模量G和梁截面的扭转常数J；扭转常数取决于梁横截面的形状和翘曲特征，对与在横截面上产生较大非弹性变形的扭转载荷，应用这种方法不能得到精确的模拟。

⑵ 闭口薄壁横截面

这样的梁截面具有明显的抗扭刚度，其性质与实心横截面梁类似。横截面的薄壁性质允许考虑剪切应变沿壁厚是一个常数。当壁厚是典型梁横截面尺寸的1/10时，一般的薄壁假设时有效的。

⑶ 开口薄壁横截面

当翘曲无约束时，这种结构在扭转中非常柔软，而这种结构的抗扭刚度主要来源是对轴向翘曲应变的约束。约束开口梁的翘曲会引起轴向应力，该应力又会影响到梁对其他类型载荷的响应。

ABAQUS/Standard中具有剪切变形梁单元——B31OS和B32OS，它们包括了在开口薄壁横截面中翘曲的影响。当模拟开口薄壁横截面的结构在承受显著的扭转载荷时，例如管道（定义为任意多边形截面）或者工字型截面，必须使用这些单元。

⑷ 翘曲函数

翘曲引起整个梁横截面的轴向变形，截面的翘曲函数定义了翘曲的变化。

当剪力没有通过梁的剪切中心作用时会产生扭转。对开口薄壁梁截面，其形心和剪切中心常常并不重合，如果节点不是位于横截面的剪切中心，那么在载荷作用下截面可能扭转。

6.3 选择梁单元

⑴ 在任何包含接触的模拟中，应使用一阶剪切变形梁单元：B21，B31。 ⑵ 如果横向剪切变形非常重要，则采用Timoshenko（二阶）梁单元：B22,B32。

⑶ 如果结构非常刚硬或非常柔软，在几何非线性模拟中，则应使用杂交梁单元：B21H,B32H等等。

⑷ 在Standard中的Euler-Bernoulli三次梁单元（B23,B33）模拟承受分布载荷作用的梁有很高的精度，例如动态振动分析。

⑸ 在Standard中，模拟开口薄壁横截面的结构应该采用那些应用了开口横截面翘曲理论的梁单元：B31OS，B32OS。