ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

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我们在使用梁单元时可能会遇到组合截面,也即截面由不同的材料属性组成,例如混凝土钢管结构、型钢混凝土等,在常用设计软件中,组合截面很好定义,而在ANSYS中则必须采用自定义截面的方法来进行,当然前提是不考虑不同材料属性之间的相对滑移。
在ANSYS中,对于此类由不同材料属性构成的自定义截面,需要下列步骤进行:
1、定义Plane82或者mesh200单元;
2、定义不同材料属性的材料编号,注意这里在写截面的过程中,定义的具体材料属性参数值无实际意义,因此可随意定义,只需定义其材料编号即可;
3、导入面或者建立面,选中不同材料属性的部分,赋予材料编号,进行网格划分;
4、利用secwrite命令写截面;
5、重新新建项目,定义上述截面所含材料编号的具体材料属性,利用secread命令读入截面;
6、利用secplot命令获取后期处理时需要查看部位的栅格点或者积分点编号;
7、建立梁单元模型,加载求解并进行相关后处理。
在上述过程中,提到了在前处理写截面的过程中,也即secwrite命令使用之前,定义具体的材料属性是没有实际意义的,有用的是对应的材料编号,而在后续正常建模过程分析中,则需要在secread命令之前定义具体的相应的材料属性,那么有同学可能会有疑问,在梁单元划分过程中,需要采用latt命令或者mat命令指定材料属性,这个对截面的材料编号有影响吗?答案是没有影响的,也即自定义截面的材料属性优先级高于几何模型指定的整体属性。
下面以一个钢管混凝土为例,说明含有不同材料属性的自定义截面使用用法。
一长度为3m的悬臂梁采用如下所示的钢管混凝土截面,长宽分别为500mm,钢管壁厚10mm,钢管采用Q235B,混凝土采用C30,悬臂梁承受均布荷载20KN/m,分别采用梁单元及实体单元模拟,求其位移解及应力解。
温馨提示:为对比梁单元结果和实体单元结果,两者在截面网格划分形式上应尽量一致,同时钢管壁厚方向单元划分层数应大于等于3层。

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

一、采用梁单元模拟
1)、自定义截面网格

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

2)、位移云图

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

 

二、采用实体单元模拟
1)、网格划分

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

2)、位移云图

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

三、结果对比
1)位移对比:
两者位移最大值分别为0.7073、0.7049,相差约0.3%
2)应力对比
由于两者计算模式的不同,支座处的应力集中导致两者很难从应力云图上进行对比,为避免支座应力集中的影响,此处选择跨中部位顶部中间节点并提取节点米塞斯应力进行对比。
梁单元相应位置的提取思路:
绘制梁截面,并显示截面栅点编号,找到欲查看位置处的栅点编号,这里需要注意的是在默认的截面视图中,向上为单元坐标系中的Z轴,与之垂直的为Y轴,在确定查看位置处的栅点编号时,需要结合单元坐标系方向来综合判断,例如此处模型中,单元是在Y方向进行受弯,故若我们想要查看上表面的米塞斯应力时,在截面视图中应选择右侧或者左侧的栅点编号,经查询,中间位置处的栅点编号为487,打开单元编号,中间单元编号为30,故提取命令流如下:

*get,SEQA,secr,31,s,eqv,Ival,487

*status,SEQA

若有同学对上述命令不解,可去查看以前的一篇文章:

如何获取梁单元截面栅格点和积分点计算结果

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

实体单元则可通过位置坐标直接定位获取,提取命令流如下:

node1=node(250,500,1500)

*get,NSEQV,node,node1,s,eqv

*status,NSEQV

ANSYS中如何处理含有不同材料属性的自定义梁单元截面

故在相同位置处,梁单元应力为3.97Mpa,实体单元应力为3.948Mpa,两者相差约0.58%。
可见,针对不同材料属性的自定义截面,采用梁单元分析误差在可接受范围之内,但计算速度相对于实体单元却大幅提高,上述方法仅供大家参考学习。
本文代码可在微信公众号后台回复关键词【自定义截面】获取~
祝好
ANSYS结构院
2021.1.18

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