第七章 梁分析和横截面形状【ANSYS帮助中文版】

1、ANSYS12.1 Workbench界面相关分析系统和组件说明【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化分析类型说明Electric (ANSYS) ANSYS电场分析Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析Fluid Flow (CFX) CFX流体分析Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析Modal (ANSYS) ANSYS模态分析Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析组件类型说明AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具CFX CFX高端流体分析工具Engineering Data 工程数据工具Explicit Dynamic（LS-DYNA）LS-DYNA 显式动力分析Finite Element Modeler FEM有限元模型工具FLUNET FLUNET 流体分析Geometry 几何建模工具Mechanical APDL 机械APDL命令Mechanical Model 机械分析模型Mesh 网格划分工具Results 结果后处理工具TurboGrid 涡轮叶栅通道网格生成工具Vista TF 叶片二维性能评估工具2、主菜单【File】文件操作【View】窗口显示【Tools】提供工具【Units】单位制【Help】帮助信息3、基本工具条【New】新建文件【Open】打开文件【Save】保存文件【Save As】另存为文件【Import】导入模型【Compact Mode】紧凑视图模式【Shade Exterior and Edges】轮廓线显示【Wireframe】线框显示【Ruler】显示标尺【Legend】显示图例【Triad】显示坐标图示【Expand All】展开结构树【Collapse Environments】折叠结构树【Collapse Models】折叠结构树中的Models项【Named Selections】命名工具条【Unit Conversion】单位转换工具【Messages：Messages】信息窗口【Simulation Wizard】向导【Graphics Annotations】注释【Section Planes】截面信息窗口【Reset Layout】重新安排界面4、建模【Geometry】几何模型【New Geometry】新建几何模型【Details View】详细信息窗口【Graphics】图形窗口：显示当前模型状态【Extrude】拉伸【Revolve】旋转【Sweep】扫掠【Skin/Loft】蒙皮【Thin/Surface】抽壳: 【Thin】创建薄壁实体【Surface】创建简化壳【Face to Remove】删除面：所选面将从体中删除。

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。

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,CSOLIDSECDATA,5,8SECNUM,2GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common SectsMain 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。

Beam3二维弹性单元特性Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。

单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。

本单元更详细的说明见《ANSYS, Inc. Theory Reference》，其它的二维梁单元还有塑性梁单元Beam23及非对称变截面梁Beam54。

假设与限制:梁单元必须位于X-Y平面内，长度及面积不可为0;对任何形状截面的梁等效高度必须先行决定，因为弯曲应力的计算为中性轴至最外边的距离为高度的一半；单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；若不使用大变形时，转动惯量可为0。

BEAM3在软件各产品中的使用限制：当使用以下产品时，BEAM3单元的使用还要受到以下限制：ANSYS专业版：不能计算阻尼材料.体荷载不能为热流量.能考虑的特性仅限应力硬化及大挠度两项。

Beam4 单元描述Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。

这种单元在每个节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。

可用于计算应力硬化及大变形的问题。

通过一个相容切线刚度矩阵的选项用来考虑大变形（有限旋转）的分析。

关于本单元更详细的介绍请参阅《ansys理论手册》,关于渐变的非对称弹性梁的问题应按beam44单元考虑，三维塑性梁应按beam24单元考虑。

（如果省略节点K或Θ角为0度，则单元的Y轴平行于整体坐标系下的X－Y平面）假设与限制:长度及面积不可为0，当不进行大变形分析时惯性矩可以为0;对任何形状截面的梁等效高度必须先行决定，因为弯曲应力的计算为中性轴至最外边的距离为高度的一半；单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；当使用相容切线刚度矩阵（KEYOPT(2) = 1）时，一定要注意使用切合实际的（即，按比例的）单元实常数。

这是因为相容应力刚度矩阵是基于单元应力计算的，如果人为取过大或过小的截面特性，则计算的应力可能不正确，导致相应的应力刚度矩阵也不正确（相容应力刚度矩阵的某些分量或能变成无穷大）。

第一，定义单元与材料常数。

第二，如果是要求自己定义的特殊形状，则要先用平面单元划一个截面网格，然后再用SECWRITE,NANME,SECT,,1.命令保存截面网格。

然后把界面网格以及实体信息删除。

第三，读入自定义的截面信息。

或者读入软件里定义的截面信息并划分网格。

第四，建立梁的轴向线，然后对其进行线的网格划分。

这样在在PLOTCONTRAL 里可以看到梁的实体网格。

第五，约束和载荷施加。

第六，计算
第七，后处理。

绘剪力和弯矩图。

先在General postproc/element table/define talble/by sequence num/smisc/。

其中的I、J等设置可看梁单元的参数表。

list result/element table data可列表结果。

Contour plot/line elem res可在云图上显示剪力图和弯矩图。

目录第1 章开始使用ANSYS 11.1 完成典型的ANSYS 分析 1 1.2 建立模型 1第2 章加载232.1 载荷概述23 2.2 什么是载荷23 2.3 载荷步、子步和平衡迭代24 2.4 跟踪中时间的作用25 2.5 阶跃载荷与坡道载荷26 2.6 如何加载27 2.7 如何指定载荷步选项68 2.8 创建多载荷步文件77 2.9 定义接头固定处预拉伸78第3 章求解853.1 什么是求解84 3.2 选择求解器84 3.3 使用波前求解器85 3.4 使用稀疏阵直接解法求解器86 3.5 使用雅可比共轭梯度法求解器（JCG）86 3.6 使用不完全乔列斯基共轭梯度法求解器（ICCG）86 3.7 使用预条件共轭梯度法求解器（PCG）86 3.8 使用代数多栅求解器（AMG）87 3.9 使用分布式求解器(DDS)88 3.10 自动迭代（快速）求解器选项88 3.11 在某些类型结构分析使用特殊求解控制89 3.12 使用PGR 文件存储后处理数据92 3.13 获得解答96 3.14 求解多载荷步97 3.15 中断正在运行的作业100 3.16 重新启动一个分析100 3.17 实施部分求解步111 3.18 估计运行时间和文件大小1133.19 奇异解114第4 章后处理概述1164.1 什么是后处理116 4.2 结果文件117 4.3 后处理可用的数据类型117第5 章通用后处理器(POST1) 1185.1 概述118 5.2 将数据结果读入数据库118 5.3 在POST1 中观察结果127 5.4 在POST1 中使用PGR 文件152 5.5 POST1 的其他后处理内容160第6 章时间历程后处理器（POST26）1746.1 时间历程变量观察器174 6.2 进入时间历程处理器176 6.3 定义变量177 6.4 处理变量并进行计算179 6.5 数据的输入181 6.6 数据的输出183 6.7 变量的评价184 6.8 POST26 后处理器的其它功能187第7 章选择和组件190 7.1 什么是选择190 7.2 选择实体190 7.3 为有意义的后处理选择194 7.4 将几何项目组集成部件与组件195第8 章图形使用入门1988.1 概述198 8.2 交互式图形与“外部”图形198 8.3 标识图形设备名(UNIX 系统)198 8.4 指定图形显示设备的类型(WINDOWS 系统)2018.5 与系统相关的图形信息202 8.6 产生图形显示205 8.7 多重绘图技术207第9 章通用图形规范2109.1 概述210 9.2 用GUI 控制显示210 9.3 多个ANSYS 窗口，叠加显示210 9.4 改变观察角、缩放及平移211 9.5 控制各种文本和符号214 9.6 图形规范杂项217 9.7 3D 输入设备支持218第10 章增强型图形21910.1 图形显示的两种方法219 10.2P OWER G RAPHICS 的特性219 10.3何时用P OWER G RAPHICS219 10.4激活和关闭P OWER G RAPHICS220 10.5怎样使用P OWER G RAPHICS220 10.6希望从P OWER G RAPHICS 绘图中做什么220第11 章创建几何显示22311.1 用GUI 显示几何体223 11.2 创建实体模型实体的显示223 11.3 改变几何显示的说明224第12 章创建几何模型结果显示23312.1 利用GUI 来显示几何模型结果233 12.2 创建结果的几何显示233 12.3 改变POST1 结果显示规范235 12.4 Q-S LICE 技术238 12.5 等值面技术238 12.6 控制粒子流或带电粒子的轨迹显示239第13 章生成图形24013.1 使用GUI 生成及控制图240 13.2 图形显示动作240 13.3 改变图形显示指定241第14章注释24514.1 注释概述245 14.2 二维注释245 14.3 为ANSYS 模型生成注释246 14.4 三维注释246 14.5 三维查询注释247第15 章动画24815.1 动画概述248 15.2 在ANSYS 中生成动画显示248 15.3 使用基本的动画命令248 15.4 使用单步动画宏249 15.5 离线捕捉动画显示图形序列249 15.6 独立的动画程序250 15.7 WINDOWS 环境中的动画251第16 章外部图形25316.1 外部图形概述253 16.2 生成中性图形文件254 16.3 DISPLAY 程序观察及转换中性图形文件255 16.4 获得硬拷贝图形258第17 章报告生成器25917.1 启动报告生成器259 17.2 抓取图象260 17.3 捕捉动画260 17.4 获得数据表格261 17.5 获取列表264 17.6 生成报告26417.7 报告生成器的默认设置267 第18 章 CMAP 程序26918.1 CMAP 概述269 18.2 作为独立程序启动CMAP269 18.3 在ANSYS 内部使用CMAP271 18.4 用户化彩色图271第19 章文件和文件管理27419.1 文件管理概述274 19.2 更改缺省文件名274 19.3 将输出送到屏幕、文件或屏幕及文件275 19.4 文本文件及二进制文件275 19.5 将自己的文件读入ANSYS 程序278 19.6 在ANSYS 程序中写自己的ANSYS 文件279 19.7 分配不同的文件名280 19.8 观察二进制文件内容（AXU2）280 19.9 在结果文件上的操作（AUX3）280 19.10 其它文件管理命令280第20 章内存管理与配置28220.1 内存管理282 20.2 基本概念282 20.3 怎样及何时进行内存管理283 20.4 配置文件286第1 章开始使用ANSYS1.1 完成典型的ANSYS 分析ANSYS 软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂的非线性瞬态动力学分析。

举例分析ANSYS中梁截面的自定义方法ANSYS中自定义梁截面分析的一个例子2007-11-07 11:33:11| 分类：ANSYS学习|举报|字号订阅关于梁分析的一个例子。

首先是建立截面形式。

为了后面调试中清楚地看到方向关键点的影响，所以截面采用矩形截面。

调试的结果表明：截面的关键点是确定中性轴围绕梁纵轴转动的定位（或者说，无论怎么取方向关键点，截面的法线永远与梁的纵轴线平行，）如果大家为了测试这一点，可以采用与梁纵轴线垂直的面内的若干个关键点实验一下。

如果两个关键点造成截面取向不同，则梁沿纵轴发生扭曲。

前一个方向关键点控制的是梁的起点的方向，后一个则是终点。

而梁的起点则是你在定义梁轴线时候，位于前面的那个关键点。

在本程序中，也就是关键点5。

如果你把其改成l,6,5，则你会发现梁的扭曲方向变化了！finish/clear,nostart/prep7et,1,82 !注意划分截面单元需要用PLANE82单元。

此处千万别用梁单元mp,prxy,1,1/3 !定义泊桑比mp,ex,1,2.07e11 !定义弹性模量k,1,0,0k,2,400,0k,3,400,40k,4,0,40a,1,2,3,4!lsel,all!lesize,all,0,,4!smrtsize,5!其实上面这三条命令这样划分网格也可以，但是没有下面的方法好。

下面更好控制网格质量。

asel,all !选择所有的面esize,,5 !确定划分网格的大小，每边划成5份。

如果你愿意，也可以改变网格数量。

amesh,all !给截面划分网格secwrite,jm2,sect,,1 !将截面命名为jm2.sect写入当前工作目录中去。

!下面开始建立梁中轴线。

注意截面保存后，生成的关键点、面、线等都已经不存在，所以即使不重新开始，!编号也是重新开始。

但是我还是重新开始，清空了内存数据。

finish/clear,nostart/prep7et,1,188 !定义梁单元，该单元必须是支持采用自定义截面的单元类型。

（整理）ansys简支梁分析.图b所示的矩形截面的简支梁，受到竖直向下的2q 均布载荷作用。

100mKN图b 梁受力情况及截面尺寸表1 梁的几何参数及材料参数（三）研究方法及模型的建立（包括单元的选取，边界条件的简化等）。

1.梁单元⑴建模：由于对称性，取梁的右半部分为研究对象。

①选择梁单元，设置材料常数定义梁的横截面面积、惯性矩及截面高度。

②建立2个关键点：1（0，0，0）；2（8，0，0）。

③生成直线：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling>Lines>Lines>Stright Line，依次连接关键点，点击ok即可。

④划分单元：ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines，选择直线，将梁划分为80份；ANSYS Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Shape>Mech>pickall，完成划分。

⑤施加约束：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes，选取对称轴上的节点，施加x方向的约束；选取右下角的节点施加y方向约束。

⑥施加载荷：ANSYS Main Menu>Solution>Difine Loads>Apply>Pressure>On Beams>Pick All，V ALI Pressure Value at I输入100000，V ALJ Pressure Value at J输入100000，即施加了均布载荷。

建好的模型如图1.1所示。