提高ANSYS中BEAM188梁单元计算精度的方法.pdf

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1、2012年第41卷石油矿场机械第4期第39页0ILFIELDEQUIPMENT文章编号：1001-3482(2012)04～003905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)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

2、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：AStudyandImprovingAccuracyofANSYSBEAMI88ElementinStructureCalculationIIUYu—qing。CHENXiao—jian，YANGShu—geng。WANGRui。LIUXiao—yan(TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Thereisabigerrori’nthebendingmomentdistributi

3、onalongthebeambetweenthethe—oreticalvalueandBEAM188elementcalculationresults．Inordertoimproveaccuracy，aquadraticBEAM188elementisabetterchoice．Theresultshowsthatthismethodcanimprovethecalcula—tionaccuracyinthepremiseofensuringcomputationalefficiency．Keywords：marin

4、eplatform；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表示有着广泛的应用口]。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。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个高斯积分点[3]，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

5、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。，，l¨4‘”O"l●¨。l5”图2所示。在弯距分布图中，与本文计算结果有关．，‘122，1．1j‘1一一l的为：MYI和MYJ表示I和．，节点的Y轴弯矩，图2BEAM188单元弯矩分布图收稿日期：2011-10-28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-mailyqli

6、u—tju@yahoo．corn．cn。石油矿场机械2O12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0．384×101TI，

7、杨氏模量E-2．0×本文建议采用二次型的梁单元进行计算，可以有效10kN／m，泊松比一0．3。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lBEAM188单元介绍性分布。力学模型如图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布，与力学理论解有很大误差。影响，是三维线性

8、有限应变梁单元[5。2)提高一次型的网格密度，可以提高计算的在默认的KEYOPT(3)一0设置时，BEAM188精确度。单元为一阶铁木辛哥梁单元，沿着梁长方向采用了3)在相同的网格划分情况下，二次型的计算1个高斯积分点进行计算，如图3所示。结果明显要比一次型的精确。4)二次型可以很准确地模拟线性变化的弯矩分布，与理论