在ABAQUS中,梁单元是最基本的单元,今日就简单介绍下ABAQUS中梁单元的基本知识,供大家参考。
首先,对于长度方向大于截面尺寸10倍以上的结构,通过用梁单元简化,可以有效缩减模型规模,提高计算效率。因此,梁单元适用范围很广,是常用的结构单元之一。
以下是梁单元的命名规律:
梁截面n1方向问题?
梁截面的方向问题是在采用梁单元时候必须要考虑的问题,因为一个梁他的摆放情况一定要给出具体的说明,比如一个三角形的梁,究竟他的角朝向哪边是符合我们结构的设计呢?这一功能实际上在笔者使用的大量工程绘图计算软件里面均有涉及,也不算是一种新功能了。
如上图所示,在精确定位梁的摆放时候需要给出梁的三个方向,n1,n2,t。前两个代表梁的横截面位置,后一个代表梁轴线方向。
t是一开始就已经确定好的,因为你先在图上画了一条线再去赋予它梁特性,这个画的线就已经给出了t的方向,所以不需要你去定义了。其次n2方向也不需要去定义了,因为n2实际上在横截面上与n1是垂直的关系,当你知道n1的方向以后,n2自然也就知道了,因此n2也不需要你去定义。这样说下来,你确定梁的摆放只需要输入n1的向量即可,因此在ABAQUS中软件需要你给出的仅有n1的方向向量值。
所以,原则上来讲,你需要通过计算t的向量来得出与之相垂直的n1方向,这样才能使梁的定位准确,但是在碰到许多交错杆件的时候,往往会碰到大量的n1方向需要去定义,这里有几种方法可以考虑采用:
1.手算或者二次开发进行向量运算去求得每一根梁所需求的n1方向,在软件里面一根一根点上并输入进去。
2.采用模糊的定义方法,ABAQUS允许n1不严格垂直于t,由于t是确定的,故你仅需要输入一个大致的n1方向,软件即可进行回推来得到正确的n1方向。也就是说,即使我输的n1和杆不垂直,也不会影响梁的方向赋予,但这个前提是你不能偏的太多,不能说n1都和t方向快一样了,这是绝对不允许的。
3.采用附加定位节点的方法,但这种方法需要去修改inp文件,且其建成的模型在CAE中无法查看具体形状位置,对于复杂结构来讲不建议采用。
梁截面选取?
梁截面的特性给出了该梁的截面面积,惯性矩,极惯性矩等力学特性,而这些力学特性显然与n1,n2的位置也有着很大的关系,故n1,n2的方向也要参考定义截面时候的参数输入进行确定和考虑。
当所给的截面库不满足用户需求时,比如你的截面是五角星形状,而截面库里并没有这种形状,那可以通过在截面中选取Generalized来定义该形状的力学特性,这样在计算时就会直接调用该截面的特性进行计算。
梁单元类型?
由于空间梁单元除了拉压、弯曲自由度外,还具有扭转(翘曲)自由度,所以一般相同边界载荷条件下,平面梁单元与空间梁单元计算结果会有一些差异,因此,在选择梁单元时要根据实际情况选择。
梁单元按节点数量分为两类:2节点梁单元、3节点梁单元
具有不同积分点的梁单元分类如下:对于单个单元来说,积分点数量越多,单个单元具有更好的柔度,越适合模拟大弯曲变形的结构,如海底光缆。
本文以工字梁作为建模单元:在定义工字梁截面属性时,I 的作用如下:定义单元横截面轴在截面内与截面底部的距离。
I=0.2
I=0.6
以下为部分工字梁单元输出结果:Abaqus梁单元计算结果具有丰富的计算结果(几十种结果类型),能够满足科研、常规工程的计算需求。
单元变形结果(打开beam截面渲染)
单元Mises应力结果(打开beam截面渲染)
本例用工字梁单元建模,下面是工字梁的截面积分点分布情况:
Abaqus能够基于beam 截面渲染,给出梁单元截面内的应力分布情况:
单元截面Mises应力结果(必须打开beam截面渲染)
单元截面主应力结果(必须打开beam截面渲染)
单元截面弯曲应力结果(必须打开beam截面渲染)
单元截面翘曲应力结果(必须打开beam截面渲染)
在考虑温度的情况下,工字梁截面温度(场变量)积分点的分布情况如下:
应用梁单元做热分析计算时,应该可以参照截面应力输出的方法输出截面温度分布。
梁单元的基本注意事项和基础大概就是这些,具体在应用中需要注意到的更精密事项,还需要结合特殊问题来进行特殊处理,本文只是在大纲上起到一个统领作用,帮助初学者快速熟知一些必要操作与简单内容。
参考网址:
1、https://blog.csdn.net/wsxww11/article/details/124925597
2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/112250555
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