ansys beam4 单元描述

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1、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。单元的输入数据:关于本单元的几何模型,节点座标及座标系统详见上图。本单元的定义通常是以下这些输入参数确

2、定的:二或三个节点变量,横截面积变量,两个轴惯性矩(IZZ和IYY)变量,两个厚度变量(TKZ,TKY),绕单元座标系下X轴的转角变量(θ),绕X轴(单元座标系下)扭转惯性矩(IXX)及材料属性。如果IXX没有给定或输入值为0,那系统默认为其等于极惯性矩(IZZ+IYY)。IXX一般应给定且其小于极惯性矩。单元的扭转刚度随着IXX的减小而减小。参数ADDMAS要输入的值是每单位长度的附加质量。单元的X轴的方向是指从I节点到J节点。如果只给了两个节点参数,那单元Y轴的方向自动确定为平行于系统坐标系下的X

3、-Y平面。有关示例见上图。当单元坐标的X轴平行于整体坐标系下的Z轴(包括0.01%的偏差在内),单元Y轴的方向是平行于总体坐标系下的Y轴。用户可以通过给定θ角或定义第三个节点的方法来控制单元的方向。如果前面的两个参数同时给定时,则以给定第三点的控制为准。第三点一经给出就意味着定义了一个由I,J,K三点定义的平面且该平面包含了单元坐标的X与Z轴。当本单元用于大变形分析时,那么给定的第三节点(K)或旋转角(θ)仅用来确定单元的初始状态。(有关方向节点及单元划分的详细信息参见《实体单元分网》及《ansys建

4、模与分网指南》。)关于单元的初始应变(ISTRN)通过Δ/L给定,这里的Δ是单元长度L(由节点I和J的坐标所决定)与零应变时的长度之差。剪切变形常数(SHARZ和SHEARY)只有当考虑剪切变形时才设定,该值为零时即表示忽略了剪切变形。KEYOPT(2)用来控制在大变形分析时是否激活(用命令,[NLGEOM,ON])相容切线刚度矩阵(也就是,由主切线刚度矩阵加上相容应力矩阵所组成的矩阵)。打开这项设置则在几何非线性分析时将获得快速收敛,例如在非线性屈曲分析时就可打开该项。但在分析刚性连结或耦合结点时不

5、能激活该项。在刚度急剧变化的结构分析中也不应打开该项。KEYOPT(7)用来控制是否进行不对称回转阻尼矩阵的计算(常用于转子动态分析),所须转动频率在实常数SPIN中输入(单位为:弧度/时间,正方向为单元X轴正向),且单元本身必须是对称的(如,IYY=IZZ,SHEARY=SHEARZ)。“节点与单元荷载”一节对“单元荷载”有专门介绍。可以在本单元的表面施加面荷载,如上图中带圈数字所示,其中箭头指向为面荷载作用正向。横向均布压力的单位为力每单位长度,端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT(1

6、0)用来控制线性变化的横向压力相对单元节点的偏移量。可在单元几何图形的八个角上设定温度值,其被当作体荷载处理。第一个角上的温度T1的默认值为TUNIF,如其它角的温度未给定时其默认值等于第一个角的温度,如给定了T1和T2则T3的默认值为T2,T4的默认值为T1;T5到T8的值默认与T1到T4的值相对应。KEYOPT(9)用来控制两节点中间部分相关值的输出情况,值是按平衡条件得出的。但在下列情况下这些值不能得到:l        考虑应力硬化时[SSTIF,ON];l        一个以上的部件作用有

7、角速度时[OMEGA];l        通过命令CGOMGA,DOMEGA,orDCG/MG作用了角速度或加速度时。BEAM4输入参数汇总:节点:I,J,K(K为方向节点,是可选的)自由度:UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ实常数:AREA,IZZ,IYY,TKZ,TKY,THETAISTRN,IXX,SHEARZ,SHEARY,SPIN,ADDMAS这些实常数的含义见“BEAM4实常数表”说明:剪切变形系数=0,则在单元的Y方向没有剪切变形。材料属性:EX,ALPX,DENS,GXY,

8、DAMP表面荷载:压力-(括号内为压力正值作用方向)face1(I-J)(-Z法线方向)face2(I-J)(-Y法线方向)face3(I-J)(+X轴切线方向)face4(I)(+X轴向)face5(J)(-X轴向)(如输入的压力为负值表示与几何模型图中方向反向作用)体荷载:温度作用 -- T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8特性:应力强化大变形单元生、死单元选项:KEYOPT(2)应力硬化选项:0――在“大变形选项”被考虑(即NELGEOM

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