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1、第27卷第4期三峡大学学报(自然科学版)Vol127No.42005年8月JofChinaThreeGorgesUniv.(NaturalSciences)Aug12005ANSYS梁单元的理论基础及其选用方法12王青徐港(1.三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443002;2.华中科技大学土木与力学学院,武汉430074)摘要:介绍了梁理论的基本内容、基本假定和应用范围,以ANSYS有限元分析软件提供的各种梁单元为具体分析对象,对其理论基础、使用条件进行了充分论述.以某一具体工程为例,对不同单元形式在求解精度、求解耗时及分析结果完整性等方面的差异进行了分析比较,深入讨论
2、了造成这些差异的具体原因,并由此归纳出用ANSYS进行梁柱体系分析时单元选用的一般方法和原则.关键词:ANSYS;梁单元;梁理论;有限元分析中图分类号:TU31文献标识码:A文章编号:16722948X(2005)0420336205TheoreticalBasisofBeamElementsinANSYSandApplication12WangQingXuGang(1.CollegeofCivil&HydropowerEngineering,ChinaThreeGorgesUniv1,Yichang443002,China;2.Col2legeofCivilEngi
3、neering&Mechanics,HUST,Wuhan430074,China)AbstractTheprinciples,basicassumptionsandapplicabilitiesofbeamtheoryareintroduced.ThetheoreticalbasisandapplicableconditionofbeamelementsinANSYSarediscussedindetail.Takingaprojectforexam2ple,thedifferentbeamelementsinsolutionaccuracy,timeconsumpt
4、ionandresultoutputarecompared.Thespecificreasonsoftheirdiversitiesarediscusseddeeply.Theuniversalmethodsandprinciplesofelementse2lectionaredrawnfortheanalysisofbeam2columnmembersinANSYS.KeywordsANSYS;beamelements;beamtheory;finiteelementanalysis梁单元是用有限元法进行梁柱体系分析时最常轴线方向)尺寸大得多的构件.梁2柱杆件是指同
5、时承采用的单元,目前各种流行的大型有限元软件基于不受弯矩(或横向力)和轴力作用的构件,其中以承受弯同的力学模型,针对不同的问题提供了多种梁单元.矩为主的构件称为梁,而以承受轴向压力为主的构件那么分析具体问题时如何进行选择?选择的依据是称为柱.所以,梁、柱受力分析的理论基础是相同的,什么?选用不同的单元对分析结果会带来多大的影均基于梁理论.梁理论一般分为Euler2Bernoulli梁理响?这些问题直接影响到分析结果的有效性和准确论和Timoshenko梁理论两种,其中Euler2Bernoulli性,应该引起使用者的高度重视.梁理论即经典梁理论(也称工程梁理论)建立在
6、如下目前,ANSYS软件已经成为土木建筑行业CAE假定的基础上:(1)变形前垂直于梁中心线的平截面,仿真分析软件的主流,为土木工程师提供了功能强大在梁受载荷而弯曲变形时仍然保持为平面;(2)变形[1]且方便易用的分析手段.后的横截面仍垂直于中性层;(3)横截面上没有任何伸长或缩短,即这些平面为刚性平面.在满足这些条1梁理论件时,梁的弯曲变形可通过梁中心线的变形表示,相[2]当于可用一条空间曲线来代表一根梁.应用这种梁杆件是指轴线(长度方向)尺寸远比横向(垂自于理论可大大减少变量数目,简化计算工作量,一般情收稿日期:2005205210作者简介:王青(1976-),女,
7、讲师,硕士.第27卷第4期王青等ANSYS梁单元的理论基础及其选用方法337况下也能得到满意的结果,因此在实际中得到广泛应(2)考虑横截面剪切变形;用.ANSYS中的弹性梁单元beam3/4、塑性梁单元(3)可以考虑截面的翘曲变形;beam23、非均匀变截面梁单元beam54/44及薄壁塑(4)可用于分析线性、大转动或非线性大应变问性梁单元beam24都是基于这一理论开发的.题,具备分析弯曲的、横向的或扭向的稳定问题的能Euler2Bernoulli梁理论没有考虑横向剪切变形力,支持弹性、粘弹、粘塑、蠕变和塑性模型,横截面允的影响,而对于短而粗的梁,
