beam188不能用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题？
题：用beam188单元求单轴对称H型截面梁在纯弯作用下的线性屈曲特征值。
题目条件：
截面高度：300mm
上翼缘：150*12mm
下翼缘：80*12mm
腹板厚度：10mm
构件长度：3000mm
弹性模量：E=68000MPa
泊松比：0.315
两端铰接，简支，端部可自由翘曲
打开Beam188的翘曲自由度
计算结果：Mcr=50.17 kN*m
根据经典弹性理论，βy=97.25mm（正值，由于上翼缘较大，受压），Mcr=85.93kN*m
结果明显错误。于是将上下翼缘颠倒，再计算之。即：
上翼缘：80*12mm
下翼缘：150*12mm
计算结果仍然是：Mcr=50.17 kN*m
根据经典弹性理论，βy=-97.25mm（负值，由于上翼缘较小，受压），Mcr=29.22kN*m
最后，经典弹性理论的计算公式中，直接取βy=0.0 mm（不考虑Wagnar效应），可得Mcr=50.11kN*m，这样才和Ansys计算结果相近。
结论：beam188不能用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题。
（也许我还没有找到某个开关，先暂时下此结论。望有高手指教）
再以板单元建立模型验证：
单元采用SHELL63，上翼缘大时，得Mcr=50.12 kN*m
颠倒过来，上翼缘小时，得Mcr=29.20 kN*m
结论：板单元可以用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题。也再次验证了beam188的计算错误。
2007-12-18 04:30 #1
warsheep
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忘了说明：Ansys版本为8.0
支座位置位于截面形心上。
2007-12-18 10:12 #2
wilsonweic
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用beam188/189单元进行线性弯扭屈曲分析，结果不可靠。除了你所说的单轴对称截面外，事实上，双轴对称截面梁的线性弯扭屈曲分析结果也不准确。虽然所涉及的只是线性屈曲分析，但是，我们有理由怀疑，beam188/189非线性弯扭屈曲分析的结果也不一定准确。条件允许的话，最好用壳单元分析结果进行校核。
我分别用beam188单元和shell181单元对两端简支和两端固支的双轴对称截面纯弯梁进行了特征值屈曲分析，分析结果与理论屈曲荷载进行了对比。用beam188分析时，分别考虑了KEYOPT1=0和KEYOPT1=1两种情况。结果显示shell181分析的结果与理论值吻合良好，而beam188分析的结果误差很大（见附件）。
相关的内容还可参见/viewthread ... mp;bpg=1&age=30
2007-12-18 18:26 #3
mqiao
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您说的有些道理，但部分观点不敢苟同。
经过对ansys的beam188单元刚度矩阵的研究，发现原因可能是beam188的几何刚度矩阵一项中只考虑了轴力的影响，而没有考虑和转角φ以及φ'所对应的弯矩和剪力的影响，梁单元的完整的几何刚度矩阵可参考《钢结构构件稳定理论于设计》（陈骥）p445。让人郁闷的是，Ansys手册中没有给出beam188的几何刚度矩阵公式，只给出了一个beam4的几何刚度矩阵公式。（Ansys theory Reference,式（3-60）），所以上述也仅仅是猜测而已。
但是，可以确定的是：
beam188不能用于计算梁（主要是非双轴对称截面梁）的弯扭失稳，
包括线性特征值分析和几何非线性分析。
另外经过我对大量算例的分析表明：
对于双轴对称截面梁的弯扭屈曲，其计算结果和经典解接近。（但长度很小时差别略大）对于轴心受压构件的弯曲屈曲，其计算结果和经典解接近。
对于轴压构件的弯扭屈曲，其计算结果和经典解接近。
其他有限元软件也有类似问题。
很不幸，我要算的梁太多了，如果全部用板单元恐怕要算到明年了。只能自己编程序了。郁闷中啊。
jxln兄，我的以上认识可能也有不妥，有空可相互探讨之，我的qq是1788382。
2007-12-19 00:03 #4
710476703
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jxln兄：我粗略研究了你的附件中的命令流，发现您的命令流其实是错误的。
您的命令流为：两端简支\beam188.c
修改后的命令流为（修改处增加了注解）：
/prep7
et,1,beam188,,,2,
keyopt,1,1,1 !*******考虑翘曲自由度********
mp,ex,1,2.06e11
mp,prxy,1,0.3
SECTYPE,1, BEAM, I, , 2!*******原有命令流截面划分过于粗糙******** SECOFFSET, CENT
SECDATA,0.1,0.1,0.6,0.01,0.01,0.008,0,0,0,0
secplot,1,1
k,1,
k,2,5,
k,3,,-2,
l,1,2
latt,1,,1,,3,,1,
lesize,all,,,20,
lmesh,all
/eshape,1,1,
/rep
/pnum,node,1
/eshape,0,
/replot
save
finish
/sol
ANTYPE,static
PSTRES,ON
dk,1,ux,0
dk,1,uy,0
dk,1,uz,0
dk,1,rotx,0
dk,2,uy,0
dk,2,uz,0
dk,2,rotx,0 !*******重新设置了边界条件，主要是一端要可滑动********
Fk,1,MZ,-1,
Fk,2,MZ, 1, !*******主要错误：原有命令流中的弯矩施加到一端了，现改正之******** ftran
SOLVE
FINISH
save
/SOLUTION
ANTYPE,buckle
BUCOPT,SUBSP,1
MXPAND,1
SOLVE
