提高ANSYS中BEAM188梁单元计算精度的方法

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1、２０１２年第４１卷石油矿场机械第４期第３９页ＯＩＬＦＩＥＬＤＥＱＵＩＰＭＥＮＴ２０１２，４１（４）：３９～４３文章编号：１００１－３４８２（２０１２）０４－００３９－０５提高ＡＮＳＹＳ中ＢＥＡＭ１８８梁单元计算精度的方法刘玉卿，陈孝建，杨树耕，汪睿，刘小燕（天津大学，天津３０００７２）①摘要：ＢＥＡＭ１８８单元沿梁长度方向的弯矩为阶梯状分布，与理论分析结果存在较大误差，对计算精度有很大影响。为提高计算精度，提

2、出了采用二次型的ＢＥＡＭ１８８单元的方案，并通过计算检验了二次型梁单元的收敛速度和计算精度。结果表明，该方案能够在保证计算效率的前提下显著地提高计算精度。关键词：海洋平台；ＢＥＡＭ１８８；二次型；高斯积分点中图分类号：ＴＥ９５文献标识码：ＡＳｔｕｄｙａｎｄＩｍｐｒｏｖｉｎｇＡｃｃｕｒａｃｙｏｆＡＮＳＹＳＢＥＡＭ１８８ＥｌｅｍｅｎｔｉｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＬＩＵＹｕ－ｑｉｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｏ－ｊｉａｎ，ＹＡＮＧＳｈｕ－ｇｅｎｇ，ＷＡＮＧＲｕｉ，ＬＩＵＸｉａｏ－ｙａｎ（ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉ

3、ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｉｓａｂｉｇｅｒｒｏｒｉｎｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｂｅａｍｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｈｅ－ｏｒｅｔｉｃａｌｖａｌｕｅａｎｄＢＥＡＭ１８８ｅｌｅｍｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｃｃｕｒａｃｙ，ａｑｕａｄｒａｔｉｃＢＥＡＭ１８８ｅｌｅｍｅｎｔｉｓａｂｅｔｔｅｒｃｈｏｉｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｉｍ

4、ｐｒｏｖｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａ－ｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｉｎｔｈｅｐｒｅｍｉｓｅｏｆｅｎｓｕｒｉｎｇｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅｐｌａｔｆｏｒｍ；ＢＥＡＭ１８８；ｑｕａｄｒａｔｉｃ；Ｇａｕｓｓｉｎｔｅｇｒａｌｐｏｉｎｔ在海洋工程中，大型有限元通用软件ＡＮＳＹＳＭＩＮ和ＭＡＸ表示最大和最小的弯矩，ＥＬＥＭ表示［１－２］有着广泛的应用。在海洋平台上部模块的板梁相应的单元编号。本文仅把弯矩数值列于表中，而组合结构的计算过程中，骨材通常用ＡＮＳＹＳ中的不在图中表示。

5、ＢＥＡＭ１８８单元模拟。ＢＥＡＭ１８８单元在计算时采用默认的设置，此时单元沿梁长方向采用了１个高［３］斯积分点，为三维线性单元。由于线性单元的局限性，计算结果有较大误差。例如，在计算跨中承受集中载荷的两端铰支的单跨图１力学模型及力学解梁时，理论上沿梁长方向的弯矩为三角形分布，如图１所示；而在默认的情况下，ＢＥＡＭ１８８单元计算得到的弯矩为阶梯状分布，与力学理论值误差很大，如图２所示。在弯距分布图中，与本文计算结果有关的为：ＭＹＩ和ＭＹＪ表示Ｉ和Ｊ节点的ｙ轴弯矩，图２ＢＥＡＭ１８８单元弯矩分布图①收稿日期：２

6、０１１－１０－２８作者简介：刘玉卿（１９８６－），男，河北石家庄人，硕士研究生，主要从事船舶与海洋工程结构物的设计与建造工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｑｌｉｕ＿ｔｊｕ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ。·４０·石油矿场机械２０１２年４月在有限元计算中，为了提高计算精度，通常采取２二次型在单跨梁结构中的应用［４］细化网格的方法。但是，对于复杂模型，例如海洋平台的主船体结构，细化网格会直接导致计算量成前面分别介绍了一次型和二次型

7、的ＢＥＡＭ１８８梁单元，现在通过简单的单跨梁结构分析比较两者倍增加，降低计算效率。有时在网格过密时，甚至会在计算精度方面的差异。导致计算无法进行。建模时，梁截面为Ｔ型钢（３００×８＋１５０×１２），为了在保证计算效率的情况下提高计算精度，截面惯性矩为０．３８４×１０－４４，杨氏模量Ｅ＝２．０×ｍ本文建议采用二次型的梁单元进行计算，可以有效８２，泊松比。１０ｋＮ／ｍμ＝０．３地提高计算精度。２．１两端刚性固定承受集中载荷的单跨梁承受集中载荷的单跨梁沿梁长方向的弯矩呈线１ＢＥＡＭ１８８单元介绍性分布。力学模型如

8、图５，弯矩分布如图６～７，计算ＢＥＡＭ１８８梁单元是工程计算中常用的单元类数据如表１。通过对比一次型和二次型的计算结果型，适合于分析从细长到中等粗短的梁结构。该单可知：元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的１）一次型梁单元计算得到的弯矩呈阶梯状分［５－６］布，与力学理论解有很大误差。影响，是三维线性有限应变梁单元。２）提高一次型的网格密度，可以提高计算的在默认的ＫＥＹＯＰＴ（３）＝０设置时，ＢＥＡＭ１８８精