Beam188-189用法

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梁的概况
梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相比，梁单元可以效率更高的求解。
两种新的有限元应变单元，BEAM188和BEAM189，提供了更强大的非线性分析能力，更出色的截面数据定义功能和可视化特性。参阅ANSYSElementsReference中关于BEAM188和BEAM189的描述。何为横截面？
横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。ANSYS提供了有11种常用截面形状的梁横截面库，并支持用户自定义截面形状。当定义了一个横截面时，ANSYS建立一个9结点的数值模型来确定梁的截面特性（lyy,lzz等），并求解泊松方程得到弯曲特征。横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。可以用LATT命令将梁横截面属性赋给线实体。这样，横截面的特性将在用BEAM188或BEAM189对该线划分网格时包含进去。如何生成横截面
用下列步骤生成横截面：
1．定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。2．定义截面的几何特性数值。
ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表横截面和操作横截面库的功
能：参阅ANSYSCommandsReference可以得到横截面命令的完整集合。定义截面并与截面号关联使用SECTYPE命令定义截面。下面的命令将截面号2与定义号的横截面形状（圆
柱体）关联：
命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLIDSECDATA,5,8SECNUM,2
GUI:MainMenu>Preprocessor>Settings>-Beam-CommonSectsMainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs
要定义自己的横截面，使用子形状（ANSYS提供的形状集合）MESH。要定义带特殊
特性如lyy和lzz的横截面，使用子形状ASEC。定义横截面的几何特性数值
使用SECDATA命令定义横截面的几何数值。下面的命令将用SECTYPE命令定义的尺寸
赋值给横截面。CSOLID形状有两个尺寸：半径和周长上的格栅数目。命令：SECDATA,4,6
GUI:MainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects用BEAM188/BEAM189单元划分线实体
在用BEAM188/BEAM189单元划分线实体前，要定义一些属性，包括：l要划分线的梁单元类型
l生成梁单元的横截面特性号
l以梁单元轴向为基准的横截面定位l生成梁单元的材料特性号

使用LATT命令将这些属性与线实体关联：命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECID
GUI:MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribsMAT
与MP命令定义的材料特性相对应，材料号由MAT号指定。TYPE
与ET命令定义的单元类型相对应，类型号由TYPE号指定。KB
对应于模型中的关键点号。所生成梁单元的横截面与梁的两端点和该关键点定义的平面垂直。SECID
与SECTYPE命令定义的梁横截面相对应，截面号由SECID号指定。
使用梁工具生成横截面SECTYPE，SECDATA和SECOFFSET命令在GUI的路径都在梁工具（BEAMTOOL）中。梁
工具的样式取决于所选择的梁横截面形状：
梁工具的顶部是截面形状号[SECTYPE]，中部是截面偏移信息[SECOFFSET]，底部是
截面几何形状信息[SECDATA]。SECDATA命令定义的尺寸
取决于所选截面形状。可以单击梁工具下的"Help"获取所选截面的帮助信息。在
SECDATA也有截面形状尺寸的说明。控制横截面和用户网格库
通用截面的数据，如CHAN和RECT，可以存储在横截面库中。
用SECWRITE命令生成、存储包括用户划分网格的截面的横截面库。如果在另一个模
型中使用横截面库，使用SECREAD命令读入。侧向扭转屈曲分析实例（GUI方式）
ANSYSStructuralAnalysisGuide第七章详细叙述了屈曲分析。本例分析了悬臂
梁在末端承受横向载荷时的行为。问题描述
一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加载荷。本模型做特征值屈
曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生分支点失稳（标志
为侧向的大位移）的临界载荷。问题特性参数
本例使用如下材料特性：杨氏模量=1.0X10e4psi泊松比=0.0
本例使用如下的几何特性：L=100in

H=5inB=2in
本例的载荷为：P=1lb
问题示意图
特征值屈曲分析是线性化的计算过程，通常用于弹性结构。屈曲一般发生在小
于特征值屈曲分析得到的临界载荷时。这种分析比完全的非线性屈曲分析需要的求
解时间要少。
用户还可以做非线性载荷和位移研究，这时用弧长法确定临界载荷。对于更通用的
分析，一般要进行崩溃分析。
在模型中有缺陷时一定要做非线性崩溃分析，因为此时模型不会表现出屈曲。可以
通过使用特征值分析求解的特征向量来添加缺陷。特征向量是最接近于实际屈曲模
态在预测值。添加的缺陷应该比梁的标准厚度要小。缺陷删除了载荷-位移曲线的
突变部分。通常情况下，缺陷最大不小于10%的梁厚度。UPGEOM命令在前一步分析
的基础上添加位移并更新变形的几何特征。第一步：设置分析名称和图形选项
1．选择菜单UtilityMenu>File>ChangeTitle。
2．输入"LateralTorsionalBucklingAnalysis"并单击OK。3．确认PowerGraphics正在运行。选择菜单Utility
Menu>PlotCtrls>Style>Hidden-LineOptions。确认PowerGraphics选项打开并单
击OK。
4．将GraphicalSolutionTracking打开。选择菜单Main
Menu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>GrphSoluTrack并确认对话框中radio按钮设置为ON。单击OK。
5．生成屈曲分析图的输出文件。选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>RedirectPlots>ToGRPHFile。将文件名改为buckle.grph并单击OK。第二步：定义几何模型
1．进入前处理器并生成梁的关键点。选择菜单Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>InActiveCS，然后输入下列关键点号和坐标值：
关键点号：1坐标值：0，0，0关键点号：2坐标值：100，0，0关键点号：3坐标值：50，5，0
2．在关键点1和2之间生成一条直线。选择菜单Main
Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>StraightLine。将弹出生成直线对话框。在图形窗口选择关键点1和2并单击OK。

3．存储模型。选择菜单UtilityMenu>File>SaveAs。在"SaveDatabaseto"对话框中输入buckle.db作为文件名并单击OK。第三步：定义单元类型和横截面信息
1．选择菜单MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。将弹出
单元类型对话框。
2．单击Add。将出现单元类型库对话框。3．在左列选择"StructuralBeam"。
4．在右列选择"3Dfinitestrain,3node189"以选中BEAM189。5．单击OK，然后的单元类型对话框中单击Close。6．定义梁的矩形截面。选择菜单Main
Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSects。将出现梁工具对话框。缺省
时ANSYS将截面号设置为1，将子类型设置为RECT（在子类型处图示一个矩形）。因
为要生成一个矩形横截面，在子类型处不作修改。
7．在梁工具对话框的底部，可以看到横截面形状和尺寸的图示。在B标志的部分
输入0.2作为横截面的宽度；在H标志的部分输入5.0作为横截面的高度。单击OK确定设置。
8．列出当前截面特性。选择菜单MainMenu>Preprocessor>Sections>ListSections。ANSYS缺省选择特性号1。单击OK显示横截面信息。在浏览过以后，在
SLIST窗口单击Close。
第四步：定义材料特性并定位结点
1．选择菜单MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>-Constant-Isotropic。2．单击OK确认材料号为1。将出现各向同性材料特性对话框。3．在杨氏模量框输入1E4。
4．在泊松比(minor处输入0.0，并单击OK。
5．选择菜单UtilityMenu>Select>Entities来选择线。选择下列选项：Lines，ByNum/Pick，FromFull并单击OK。
6．出现选择线对话框。在图形窗口单击线实体。在对话框中单击OK。7．作为线的属性定义结点定位。选择菜单Main
Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>AllLines。单击PickOrientation
Keypointradio按钮旁边的radio按钮将其改变为Yes并单击OK。ANSYS将材料特性
号指向1，将单元类型号指向1并将截面特性号指向1。
8．出现线属性对话框。在图形窗口选择关键点3并在对话框中单击OK。9．存储模型。选择菜单UtilityMenu>File>SaveAs。选择OK，当ANSYS询问是否
覆盖时，单击OK。
第五步：对线划分网格并确认梁的定位
1．定义网格大小和分段数。选择菜单Main

Menu>Preprocessor>-Meshing-Size
Cntrls>-Lines-AllLines。在No.OfElementDivisions框中输入10并单击OK。2．对线划分网格。选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines。确
认在"MeshLines"对话框中Pick和Single选定，然后在图形窗口选择线。在对话框
中单击OK对线划分网格。
3．旋转划分好网格的线。选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,
Zoom,Rotate。弹出Pan,Zoom,Rotate对话框。选择ISO并单击Close。图形窗口中梁
将旋转。
4．确认梁的定位。选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Size&Shape。选择/ESHAPE旁边的radio按钮并单击OK。
5．显示横截面形状。选择菜单MainMenu>Preprocessor>Sections>PlotSection并单击OK。
6．重新显示网格。选择菜单UtilityMenu>Plot>Elements。第六步：定义边界条件
1．定义固定端的边界条件。选择菜单Main
Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>OnKeypoints。将弹出ApplyU,ROTonKPs对话框。
2．定义关键点1为固定端。在ANSYS输入窗口，输入1并回车，然后单击OK。
3．在对话框中选择"AllDOF"，然后单击OK。在ANSYS图形窗口将显示边界条件。
4．在自由端施加集中力。选择菜单Main
Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>OnKeypoints。将出现
ApplyF/MonKPs对话框。
5．定义关键点2为自由端。在ANSYS输入窗口，输入2并回车，然后单击OK。
6．在Directionofforce/mom框中选择FY。
7．在数值处输入1并单击OK。在ANSYS图形窗口将出现集中力标志。8．存储模型。选择菜单UtilityMenu>File>SaveAs。选择OK，当ANSYS询问是否
覆盖时，单击Yes。
9．选择菜单MainMenu>Finish。第七步：作特征值屈曲分析
1．进入时序后处理器。选择菜单TimeHistPostpro>DefineVariables。TIME变
量是缺省的。选择Close。
2．设置分析选项。选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisOptions。将弹出Static或Steady-StateAnalysis对话框。3．生成应力-刚度矩阵，存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在Stressstiffnessorprestress框中，选择"PrestressON"。

4．定义分析求解方法为sparsesolver。在Equationsolver框中选择Sparsesolver。单击OK。
5．选择菜单MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。浏览/STAT命令窗口中的
内容，然后单击OK开始求解。
6．当"SolutionisDone!"窗口出现时，单击Close关闭窗口。7．选择菜单MainMenu>Finish。
8．选择菜单MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。9．选择"EigenBuckling"选项，然后单击OK。
10．选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisOptions。将弹出特征值屈曲选项对
话框。选择BlockLanczos方法。在模态数目框中输入4，然后单击OK。11．在MXPAND命令设置ElementCalculationKey。选择菜单MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-ExpansionPass>ExpandModes。
12．在扩展模态对话框中，输入4作为模态数，将Calculateelemresults框由
No改为Yes，然后单击OK。
13．选择菜单MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。浏览/STAT命令窗口中的
内容，然后单击OK开始求解。
14．当"SolutionisDone!"窗口出现时，单击Close关闭窗口。
15．选择菜单UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Size&Shape。确认在/ESHAPE旁边
的radio按钮为ON，然后选择OK。
16．在ANSYS输入窗口中输入/VIEW,1,1,1,1然后按回车。17．在ANSYS输入窗口中输入/ANG,1然后按回车。
18．显示求解结果。选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>List
Results>ResultsSummary。当查看结果完毕后，单击Close关闭窗口。19．选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>-ReadResults->FirstSet。
20．绘出梁的第一个模态。选择菜单MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape。将弹出PlotDeformedShape对话框。选择Def+undefedge并单击OK。
21．选择菜单MainMenu>Finish。第八步：作非线性屈曲分析求解
1．引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择菜单MainMenu>Preprocessor>-Modeling-UpdateGeom。在UpdateGeometry对话框中，输入
0.002作为ScalingFactor，在loadstep框中输入1，在Substep框中输入1，在
Selection框中输入file.rst。单击OK。
2．选择菜单MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。3．选择"Static"选项，单击OK。
4．选择菜单MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-OutputCtrls>DB/Results

File，并确认选择了AllItems和Allentities选项，然后单击OK。
5．选择菜单MainMenu>Solution>AnalysisOptions。设置Largedeformeffects旁边的radio按钮为ON，然后单击OK。
6．设定arc-length方法。选择菜单MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Nonlinear>Arc-LengthOpts。设定Arc-length方法为ON，然后单击OK。7．定义本载荷步中的子步数。选择菜单MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>TimeandSubsteps。输入10000作为子步数并单击OK。8．设置求解中断参数。选择菜单MainMenu>Solution>Nonlinear>Arc-LengthOpts。选择theLab菜单旁边的下拉式菜单的位移限制选项。在最大位移框中输入
1.0。在VAL框中输入结点号为2。选择DegreeofFreedom旁边的下拉菜单为UZ。单击OK。
9．求解当前模型。选择菜单MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。浏览/STAT命令窗口中的内容，然后单击OK开始求解。同时将弹出一个非线性求解窗口
。收敛图也将显示，并在几分钟内完成。
10．当"SolutionisDone!"窗口出现时，单击Close关闭窗口。11．选择菜单MainMenu>Finish。
12．重画梁网格。选择菜单UtilityMenu>Plot>Elements。13．定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择菜单MainMenu>TimeHistPostpro>DefineVariables。当出现对话框时，单击OK。14．当弹出AddTime-HistoryVariable窗口时，确认NodalDOFresult选项选中
，然后单击OK。
15．出现DefineNodalData选择对话框。在图形窗口，选择结点2（梁的右端结
点）并单击OK。
16．出现DefineNodalData窗口。确认参数Ref号和结点号都设置为2。在User-specified框中输入TIPLATDI。选择UZ平移并单击OK。
17．定义从结果文件中读出的总支反力。在DefineTime-HistoryVariables窗口
选择Add。
18．当AddTime-HistoryVariable窗口出现时，选择Reactionforcesradio按钮并选择OK。
19．出现DefineNodalData选择对话框。在ANSYS输入窗口中输入1（梁的左端结
点）并选择OK。单击Close关闭对话框。
20．出现DefineReactionForceVariable窗口。确认参数Ref号设置为3，结点
号设置为1。选择StructForceFY选项并单击OK。
21．选择菜单MainMenu>TimeHistPostpro>MathOperators>
Multiply。在MultiplyTime-HistoryVariables窗口，在结果框中输入4作为参考

号，输入-1.0在1stFactor框，在1stVariable框中输入3，单击OK。22．显示X变量。选择菜单MainMenu>TimeHistPostpro>Settings>Graph。在Singlevariableno.框输入2并单击OK。
23．绘出载荷和位移关系曲线以确定特征值法计算出的临界载荷。选择菜单
MainMenu>TimeHistPostpro>GraphVariables。在1stvariabletograph框中输入1。
24．列出变量随时间的变化曲线。选择菜单MainMenu>TimeHistPostpro>List
Variables。在1stvariabletolist框中输入2，在2ndvariable框中输入4并单击OK。
25．在PRVAR命令窗口中检验数值并比较其与特征值屈曲分析的结果。关闭PRVAR
命令窗口。
26．选择菜单MainMenu>Finish。第九步：绘出并查看结果
1．在ANSYS工具栏，单击Quit。2．选择一个存储选项并单击OK。悬臂梁求解实例：命令行格式
可以用命令行格式完成同样的分析问题：/PREP7
/GRA,POWERGST,ON
/SHOW,BUCKLE,GRPHK,1,0,0,0,K,2,100.0,0,0,K,3,50,5,0,LSTR,1,2ET,1,BEAM189
SECTYPE,1,BEAM,RECT,SECDATA,0.2,5.0SLIST,1,1,,MP,EX,1,1E4MP,NUXY,1,0.0LSEL,S,,,1,1,1LATT,1,,1,0,3,,1LESIZE,all,,,10SECN,1LMESH,all/VIEW,,1,1,1/ESHAPE,1EPLOTDK,1,,,,0,ALL,,FK,2,FY,1.0FINISH

/SOLUPSTRES,ONEQSLV,SPARSESOLVEFINISH/SOLU
ANTYPE,BUCKLEBUCOPT,LANB,4MXPAND,4,,,YESSOLVE/POST1/ESHAPE,1/VIEW,1,1,1,1/ANG,1
SET,LISTSET,1,1PLDI,2FINISH
UPGEOM,0.002,1,1,file,rst/SOLUANTYPE,STATIC
OUTRES,ALL,ALLNLGEOM,ONARCLEN,ONNSUBST,10000
ARCTRM,U,1.0,2,UZSOLVEFINISH/POST26
NSOL,2,2,U,Z,TIPLATDISPRFORCE,3,1,F,Y,
PROD,4,3,,,,,,-1.0,1,1,XVAR,2PLVAR,4PRVAR,2,4FINISH

Beam188-189用法

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