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Ansys Beam单元详解——BEAM54(一)
BEAM54 — 2-D 弹性 锥状非对称(Tapered Unsymmetric)梁
MP EM PP ED
BEAM54 是 单轴的元素,能承受拉压与弯曲。 此元素每个节点上有3个自由度:沿 x 和 y 轴的位移和绕 z 轴的转动。元素允许具具有不对称的端面结构,并且允许端面节点偏离截面形心位置。 如果你并不需要这些特性那么可以选用均质对称的BEAM3元素。 此元素不具有塑性,潜变,膨胀(plastic, creep, or swelling )的特性。(如果需要这些)特性可以使用 BEAM23, 这是一个二维, untapered, 塑性梁元素。 但(BEAM54)包含有应力强化。可以参见三维锥状非对称梁 BEAM44 。
扭转变形(shear deformation) 和弹性基础(elastic foundation)是(模块)购买选项。 另一个选项是在元素坐标系下打印力的图形。详见 ANSYS Theory Reference 的14.54 。
图示 1. BEAM54 2-D 弹性锥状非对称梁
元素的坐标系统,几何形状,节点位置均由 BEAM54所示。 元素的正方向(x-axis)是在全局x-y坐标平面中(或平行于其的坐标平面中),从节点I 指向节点J 。元素的实常量有:截面面积,截面惯性矩,极限层距离形心的距离,the offset distances,剪切偏转量。 其中转动惯量 (IZ_) 是元素的主要截面数据。如果环带效应(hoop effects)可以被忽略那么此元素可以用于轴对称分析,比如说螺栓,开缝的圆柱体等。 在做360度的全轴对称分析时,截面面积和转动惯量是必须输入的。
剪切偏转量SHEARZ)是可选的。 在忽略剪切偏转的分析中 SHEARZ 必须为零。 剪切比(GXY) 只用于剪切分析。详见 Shear Deflection。 偏移常量 (DX_, DY_) 定义截面形心相对于节电位置的偏移。 偏移量是相对于元素坐标系中的节点位置的正偏移。切变面积 (AREAS_)仅用于切变分析中。 切变面积通常小于实际截面积。
如果端点2上的AREA_, IZ_, HY__, 和 AREAS_ 这些实常量不输入的话则默认为端点1的值。 此外,顶端(top)距端点 1(的距离) HYT1,默认为底端(bottom)距端点 1(的距离) HYB1, 并且顶端距端点2(的距离为) HYT2,默认为顶端距端点1(的距离)HYT1。 距离均取到形心的正值。弹性基础刚度(elastic foundation stiffness (EFS) )的定义为一个单位产生一安(unit)的正偏移。 如果EFS定义为零的话,就可以去掉这项属性。元素的初始应力 (ISTRN) 由 /L来定义,在这里
是长度变化量, L (由节点 I 和 J 的位置定义) 是零应力长度。初始应力也应用刚度矩阵的计算中,均使用一次累加递代。单位长度上的质量可以由ADDMAS 来输入。
在 Node and Element Loads.中有元素负载描述。压力是作为面负载加在元素表面上的,可见 BEAM54中的带圈数字(的描述)。 带圈的数字指明了(加载的)面的位置。正压力为(垂直)元素产生。侧压力的输入则为长度方向的集度。 端点压力则直接输入力。 KEYOPT(10) 允许锥状侧压力偏移节点。温度作为体负载在 BEAM54中由圈4所示。温度 T1 默认为 TUNIF。如果其他温度均相关联则默认为T1。如果只有T1 和 T2 输入, T3 默认为T2 而 T4默认为 T1。 在其他输入情况中,关联温度均默认为 TUNIF。
KEYOPT(9), 用于控制中节点的输出。有下面的情况时无效:
· 打开了应力强化[SSTIF,ON]。
· 不只一个件有角加速度[OMEGA]。
· 具有用CGOMGA, DOMEGA, 和 DCGOMG 命令施加的角加速度或加速度。
在Input Summary中有元素输入的一个概要描述。Element Input中提供详细描述。
Element Name |
|
BEAM54 |
||||||
Nodes |
|
I, J |
||||||
Degrees of Freedom |
|
UX, UY, ROTZ |
||||||
Real Constants |
|
AREA1, IZ1, HYT1, HYB1, AREA2, IZ2, HYT2, HYB2, DX1, DY1, DX2, DY2, SHEARZ, AREAS1, AREAS2, EFS, ISTRN, ADDMAS |
||||||
Material Properties |
|
EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP |
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Surface Loads |
|
|
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Body Loads |
|
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||||||
Special Features |
|
应力强化,大变形,单元生与死(Stress stiffening, Large deflection, Birth and death) |
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KEYOPT(6) |
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KEYOPT(9) |
|
用于控制节点 I 和 J 之间 的附加输出。
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KEYOPT(10) |
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仅用于用 SFBEAM命令施加的锥形负载。
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|
如果SHEARZ = 0.0, 则认为y方向上没有剪切变形。 AREAS1 和 AREAS2 仅在切应力计算时用。 |
单元解的输出有两种:
· 节点位移解包含于节点解中。
· 元素附加解请见 元素输出定义
某些项目在 应力输出中举例说明。 在每个截面上,计算结果有轴向应力和两个弯曲应力组成。由这三个值估算出最大应力和最小应力。 如果此元素 KEYOPT(6) = 1 ,则6项力和力矩(每个端点3个) 能被打印 (在元素坐标系中)。元素的正方向由通过截面积形心定义。 首位两端的中间结果的输出由 KEYOPT(9)来控制。在 Solution Output中给出了解的通用描述。详见 ANSYS Basic Analysis Guide 。
图示 2. BEAM54 应力输出
元素输出表格中所用的符号:
冒号(:)表示可以由[ETABLE, ESOL]的形式获取。 O 列表是存在于 Jobname.OUT中。 R 列表示存在于结果文件中。
在 O 或 R 列中, Y 表示该项肯定有, 数字则表示注释条件下获得, " -- " 表示不存在此项。
表 1. BEAM54 元素输出定义
Name |
Definition |
O |
R |
EL |
元素号(Element Number) |
Y |
Y |
NODES |
节点(Nodes - I, J) |
Y |
Y |
MAT |
材料编号(Material number) |
Y |
Y |
VOLU: |
体积(Volume) |
-- |
Y |
XC, YC, ZC |
解的位置(Location where results are reported) |
Y |
4 |
TEMP |
温度(Temperatures T1, T2, T3, T4) |
Y |
Y |
PRES |
压力(Pressures) P1 在节点 I,J; OFFST1(偏移??) 在 I,J; P2 在 I,J; OFFST2 在 I,J; P3在 I; P4 在 J |
Y |
Y |
SDIR |
轴向应力(Axial direct stress) |
1 |
1 |
SBYT |
+Y方向的弯曲应力(Bending stress on the element +Y side of the beam) |
1 |
1 |
SBYB |
-Y方向的弯曲应力(Bending stress on the element -Y side of the beam) |
1 |
1 |
SMAX |
最大应力(Maximum stress (direct stress + bending stress) ) |
1 |
1 |
SMIN |
最小应力(Minimum stress (direct stress - bending stress) ) |
1 |
1 |
EPELDIR |
端点轴向弹性应变(Axial elastic strain at the end) |
1 |
1 |
EPELBYT |
+Y方向弹性弯曲应变(Bending elastic strain on the element +Y side of the beam) |
1 |
1 |
EPELBYB |
-Y方向弹性弯曲应变(Bending elastic strain on the element -Y side of the beam) |
1 |
1 |
EPTHDIR |
轴向热应变(axial thermal strain at the end) |
1 |
1 |
EPTHBYT |
+Y方向的热弯曲应变(Bending thermal strain on the element +Y side of the beam) |
1 |
1 |
EPTHBYB |
-Y方向的热弯曲应变(Bending thermal strain on the element -Y side of the beam) |
1 |
1 |
EPINAXL |
轴向初始应变(Initial axial strain in the element) |
1 |
1 |
SXY |
平均弯曲(Average shear (Y-方向) ) |
2 |
2 |
MFOR(X, Y) |
元素坐标系中的力偶(Member forces in the element coordinate system) |
3 |
Y |
MMOMZ |
元素坐标系中的力矩(Member moment in the element coordinate system ) |
3 |
Y |
1. 此项由端点 I 过渡到端点 J (可见 KEYOPT(9))。
2. 仅在定义了 AREAS1 和 AREAS2 时方输出。
3. 如果 KEYOPT(6) = 1。
4. 仅在用*GET 获取了形心时方有用。
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