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ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状

第七章 梁分析和横截面形状

梁的概况

梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相比，梁单元可以效率更高的求解。

两种新的有限元应变单元，BEAM188和BEAM189，提供了更强大的非线性分析能力，更出色的截面数据定义功能和可视化特性。参阅ANSYS Elements Reference中关于BEAM188和BEAM189的描述。

何为横截面？

横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。ANSYS提供了有11种常用截面形状的梁横截面库，并支持用户自定义截面形状。当定义了一个横截面时，ANSYS建立一个9结点的数值模型来确定梁的截面特性（lyy,lzz等），并求解泊松方程得到弯曲特征。

下图是一个标准的Z横截面，示出了截面的质心和剪切中心以及计算的横截面特性：

图8-1 Z向横截面图

横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。可以用LATT命令将梁横截面属性赋给线实体。这样，横截面的特性将在用BEAM188或BEAM189对该线划分网格时包含进去。

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ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状

如何生成横截面

用下列步骤生成横截面：

1． 定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。 2． 定义截面的几何特性数值。

ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表横截面和操作横截面库的功能：参阅ANSYS Commands Reference可以得到横截面命令的完整集合。

定义截面并与截面号关联 使用SECTYPE命令定义截面。下面的命令将截面号2与定义号的横截面形状（圆柱体）关联：

命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLID SECDATA,5,8 SECNUM,2

GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects

Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs 要定义自己的横截面，使用子形状（ANSYS提供的形状集合）MESH。要定义带特殊特性如lyy和lzz的横截面，使用子形状ASEC。

定义横截面的几何特性数值

使用SECDATA命令定义横截面的几何数值。下面的命令将用SECTYPE命令定义的尺寸赋值给横截面。CSOLID形状有两个尺寸：半径和周长上的格栅数目。

命令：SECDATA,4,6

GUI: Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects

用BEAM188/BEAM189单元划分线实体

在用BEAM188/BEAM189单元划分线实体前，要定义一些属性，包括： ? 要划分线的梁单元类型 ? 生成梁单元的横截面特性号

? 以梁单元轴向为基准的横截面定位 ? 生成梁单元的材料特性号

使用LATT命令将这些属性与线实体关联： 命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECID

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs MAT

与MP命令定义的材料特性相对应，材料号由MAT号指定。 TYPE

与ET命令定义的单元类型相对应，类型号由TYPE号指定。 KB

对应于模型中的关键点号。所生成梁单元的横截面与梁的 两端点和该关键点定义的平面垂直。 SECID

与SECTYPE 命令定义的梁横截面相对应，截面号由SECID 号指定。

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ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状

使用梁工具生成横截面

SECTYPE，SECDATA和SECOFFSET命令在GUI的路径都在梁工具（BEAM TOOL）中。梁工具的样式取决于所选择的梁横截面形状：

梁工具的顶部是截面形状号[SECTYPE]，中部是截面偏移信息[SECOFFSET]，底部是截面几何形状信息[SECDATA]。SECDATA命令定义的尺寸

图8-2 梁工具（包括横截面显示）

取决于所选截面形状。可以单击梁工具下的“Help”获取所选截面的帮助信息。在SECDATA也有截面形状尺寸的说明。

控制横截面和用户网格库

通用截面的数据，如CHAN和RECT，可以存储在横截面库中。

用SECWRITE命令生成、存储包括用户划分网格的截面的横截面库。如果在另一个模型中使用横截面库，使用SECREAD命令读入。

侧向扭转屈曲分析实例（GUI方式）

ANSYS Structural Analysis Guide第七章详细叙述了屈曲分析。本例分析了悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。

问题描述

一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加载荷。本模型做特征值屈曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生分支点失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。

问题特性参数

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