ANSYS Beam188/189单元中文说明-峰设教育

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1、Beam189

1）、单元几何

Beam189为三维二次有限应变单元，为梁单元系列中的高阶单元，主要适用于细长到中等细长的结构，被广泛用于各类分析中。该单元基于铁摩辛柯梁理论，包括剪切变形影响，其节点默认为六个自由度（三个平动和三个转动），如果需要考虑梁的翘曲，需通过设置KEYOPT(1)打开。单元形状如下所示。

该单元由四个节点组成，I节点和J节点为端部节点，L节点为方向点，单元坐标系X轴由I节点和J节点的连线确定，L节点确定单元坐标系的Z轴（通过Z轴可确定梁单元的截面方向），单元坐标系Y轴则通过右手定则通过X轴和Z轴确定。

一般情况下，用户需手动指定方向点以用于确定梁单元截面的方向，若用户没有指定，默认单元坐标系Y轴平行于整体坐标系XOY平面，对于单元坐标系X轴平行于整体坐标系Z轴（或偏角小于0.01%）的情况，单元坐标系Y轴平行于整体坐标系的Y轴。

该单元支持单元生死、科里奥利效应、广义梁单元截面、初始状态、大变形、应力刚化、海洋荷载等，同时也支持多种材料类型，更多关于该单元的理论，可参考官方帮助理论手册。

2）、输入参数

横截面特性：通过SECTYPE、SECDATA输入截面尺寸参数自动计算；
材料参数：通过MP、TB命令等输入
表面荷载：

face1(I-J): 单元坐标系Z轴负向为正；

face2(I-J): 单元坐标系Y轴负向为正；

face3(I-J): 沿单元坐标系X轴轴向线荷载；

face4(I): 单元I节点轴向荷载；

face4(J): 单元J节点轴向荷载；

3）、常用关键项设置

KEYOPT(1)：翘曲自由度控制

0：六个自由度，自由扭转（默认值)）；

1：七个自由度，打开翘曲自由度，约束扭转；

KEYOPT(2)：截面缩放控制

0：截面为轴向变形的比例函数（默认值），仅在打开大变形时有效；

1：刚性截面；

KEYOPT(4)：剪应力输出控制

0：仅输出扭转剪应力；

1：仅输出横向剪应力；

2：输出前面两者的组合值；

KEYOPT(5)：单元三维、二维控制

0：三维分析（默认值)）；

1：二维分析，仅在XOY平面；

KEYOPT(6)：单元积分点结果输出控制，当前结果只有当使用OUTRES,ESOL或者OUTRES,ALL命令激活单元输出才可，同样适用于以下7~8项关键项。

0：输出截面内力、应变和弯矩（默认值）；

1：增加截面面积输出；

2：增加单元方向（X\Y\Z）输出；

3：输出截面力和弯矩以及外推至节点的应变和曲率；

KEYOPT(7)：截面积分点输出控制，采用自定义截面类型ASEC无效

0：无（默认值）；

1：最大、最小应力和应变；

2：增加每个积分点的应力和应变输出；

KEYOPT(8)：截面栅格点输出控制，采用自定义截面类型ASEC无效

0：无（默认值）；

1：最大、最小应力和应变；

2：增加截面表面上栅格点的应力和应变输出；

3：增加截面每个栅格点的应力和应变输出；

KEYOPT(10)：初应力控制

0：无用户子程序提供的初应力（默认值）；

1：通过用户子程序USTRESS读入初应力；

4）、输出参数和单元表类目如下表所示。

Beam189单元输出说明

输出变量名称	变量说明	O	R
EL	单元编号	Y	Y
NODES	单元节点	Y	Y
MAT	材料编号	Y	Y
C.G.:X, Y, Z	单元质心点坐标	Y	Y
Area	单元横截面面积	1	Y
SF:y, z	横截面剪力	1	Y
SE:y, z	横截面剪切应变	1	Y
S:xx, xy, xz	积分点应力	2	Y
EPEL:xx, xy, xz	积分点应变	2	Y
EPTO:xx, xy, xz	积分点总结构应变(EPEL + EPPL + EPCR)	2	Y
EPTT:xx, xy, xz	积分点总应变(EPEL + EPPL + EPCR + EPTH)	2	Y
EPPL:xx, xy, xz	积分点塑性应变	2	Y
EPCR:xx, xy, xz	积分点蠕变应变	2	Y
EPTH:xx	积分点热应变	2	Y
NL:SEPL	塑性屈服强度	–	3
NL:SRAT	应力状态率 (1 = 已屈服, 0 = 未屈服)	–	3
NL:HPRES	静水压力	–	3
NL:EPEQ	累积等效塑性应变	–	3
NL:CREQ	累积等效蠕变应变	–	3
NL:PLWK	塑性功	–	3
SEND:ELASTIC, PLASTIC, CREEP	应变能量密度	–	3
TQ	扭矩	Y	Y
TE	扭转应变	Y	Y
Ky, Kz	曲率	Y	Y
Ex	轴向应变	Y	Y
Fx	轴向力	Y	Y
My, Mz	弯矩	Y	Y
BM	翘曲弯矩	4	4
BK	翘曲曲率	4	4
EXT PRESS	积分点外部压力	5	5
EFFECTIVE TENS	有效张力	5	5
SDIR	轴向应力	–	1
SByT	单元+Y侧弯曲应力	–	Y
SByB	单元-Y侧弯曲应力	–	Y
SBzT	单元+Z侧弯曲应力	–	Y
SBzB	单元-Z侧弯曲应力	–	Y
EPELDIR	端部轴向应变	–	Y
EPELByT	单元+Y侧弯曲应变	–	Y
EPELByB	单元-Y侧弯曲应变	–	Y
EPELBzT	单元+Z侧弯曲应变	–	Y
EPELBzB	单元-Z侧弯曲应变	–	Y
TEMP	节点温度	–	Y
LOCI:X, Y, Z	截面积分点坐标	–	6
SVAR:1, 2, … , N	状态变量	–	7

Beam188单元表类目

输出变量名称	ETABLE和ESOL命令输入类目
输出变量名称	Item	E	I	J
Fx	SMISC	—	1	14
My	SMISC	—	2	15
Mz	SMISC	—	3	16
TQ [11]	SMISC	—	4	17
SFz	SMISC	—	5	18
SFy	SMISC	—	6	19
Ex	SMISC	—	7	20
Ky	SMISC	—	8	21
Kz	SMISC	—	9	22
TE	SMISC	—	10	23
SEz	SMISC	—	11	24
SEy	SMISC	—	12	25
BM	SMISC	—	27	29
BK	SMISC	—	28	30
SDIR	SMISC	—	31	36
SByT	SMISC	—	32	37
SByB	SMISC	—	33	38
SBzT	SMISC	—	34	39
SBzB	SMISC	—	35	40
EPELDIR	SMISC	—	41	46
EPELByT	SMISC	—	42	47
EPELByB	SMISC	—	43	48
EPELBzT	SMISC	—	44	49
EPELBzB	SMISC	—	45	50
TEMP	SMISC	—	51-53	54-56
EXT PRESS [1]	SMISC	—	62	66
EFFECTIVE TENS [1]	SMISC	—	63	67
S:xx, xy, xz	LS	—	CI[2], DI[3]	CJ[2], DJ[3]
EPEL:xx,xz,xy	LEPEL	—	CI[2], DI[3]	CJ[2], DJ[3]
EPTH:xx	LEPTH	—	AI[4], BI[7]	AJ[4], BJ[7]
EPPL:xx,xz,xy	LEPPL	—	CI[2], DI[3]	CJ[2], DJ[3]
EPCR:xx,xz,xy	LEPCR	—	CI[2], DI[3]	CJ[2], DJ[3]
EPTO:xx, xy, xz	LEPTO	—	CI[2], DI[3]	CJ[2], DJ[3]
EPTT:xx, xy, xz	LEPTT	—	CI[2], DI[3]	CJ[2], DJ[3]
NL: SEPL, SRAT, HPRES, EPEQ, CREQ, PLWK	NLIN	—	EI[5], FI[6]	EJ[5], FJ[6]
Area	NMISC	—	29	30

2、Beam188

Beam188为3D线性有限应变梁单元，该单元同样基于铁摩辛柯梁理论，包括剪切影响，其主要有三个节点组成，包括端部I节点和J节点以及方向点K节点，单元几何示意图如下图所示。

Beam188大部分属性、关键项设置、输入与输出参数与Beam189相同，该单元默认采用线性多项式插值，单元内部无多余节点，采用单元重心点结果表达I节点和J节点结果，以致于绘制弯矩图时，大多数情况呈现矩形特点，通过设置KEYOPT(3)=2可改为二次函数插值，此时单元内部增加一个节点（用户无法访问），弯矩可呈现线性变化特点，与Beam189相同。

这里之所以介绍Beam188，主要是方便后续联合仿真有可能需要手动创建梁单元，当采用通过节点建立单元的方法时，对于188而言，由于其节点组成较为简单，用户只需定义首尾端部节点以及方向点即可创建，相比较于189，更加简单快捷。

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THE END