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1、Beam3 二维弹性单元特性Beam3 单元描述：Beam3 单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿 x,y 方向的线位移及绕 Z 轴的角位移。本单元更详细的说明见ANSYS, Inc. Theory Reference，其它的二维梁单元还有塑性梁单元 Beam23 及非对称变截面梁 Beam54。Beam3 单元几何图形：Beam3 输入数据：上图给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统。单元由两个节点、横截面面积、横截面惯性矩、截面高度及材料属性定义。初始应变通过 /L 给定， 为单元长度L（由 I，J 节点坐标算得）与 0 应变单元长度之差。如果不计环
2、向作用本单元也可进行轴对称体的分析，如对螺栓、带缝圆柱等。在轴对称分析时输入的面积和惯性矩应是全截面的。剪切变形量（SHERAR）是可选的，如给SHERAR 赋值为 0 则表示忽略剪切变形（相关细节见 Shear Deflection），当然剪切模量（GXY ）只有在考虑剪切变形时才起作用。单元还可在实常数 ADDMAS 中输入单位长度的附加质量。“节点与单元荷载”一节对“单元荷载”有专门介绍。可以在本单元的表面施加面荷载，如上图中带圈数字所示，其中箭头指向为面荷载作用正向。横向均布压力的单位为力每单位长度，端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT （10）用来控制线性变化的横向压力相
3、对单元节点的偏移量。可在单元几何图形的四个角上设定温度值，其被当做体荷载处理。第一个角上的温度 T1 的默认值为 TUNIF，如其它角的温度未给定时其默认值等于第一个角的温度，如给定了 T1 和 T2 则 T3 的默认值为 T2，T4 的默认值为 T1。KEYOPT（9）用来控制两节点中间部分相关值的输出情况，值是按平衡条件得出的。但在下列情况下这些值不能得到： 考虑应力硬化时 TIF，ON； 一个以上的部件作用有角速度时 OMEGA； 通过命令 CGOMGA, DOMEGA, or DCG/MG 作用了角速度或加速度时。BEAM3 输入参数汇总：节点：I, J自由度：UX, UY, ROTZ
4、实常数：AREA 横截面面积IZZ 截面惯性矩HEIGHT 截面高SHEARZ 剪切变形系数ISTRN 初始应变ADDMAS 每单位长度附加质量说明：剪切变形系数0，则在单元的 Y 方向没有剪切变形。材料属性：EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP表面荷载：压力-（括号内为压力正值作用方向）face 1 (I-J) (-Y 法线方向)face 2 (I-J) (+X 切线方向)face 3 (I) (+X 轴向)face 4 (J) (-X 轴向)（如输入的压力为负值表示与几何模型图中方向反向作用)体荷载：温度作用 - T1, T2, T3, T4特性：应力强化大变形单元生、死单元
5、选项：KEYOPT(6) 控制杆件力和力矩输出的选项:0 - 不输出力和力矩1 - 在单元坐标系中输出力和力矩KEYOPT(9) 用于控制该单元位于节点 I，J 中间点的数据输出N - 输出 N 个中间位置数据(N = 0, 1, 3, 5, 7, 9)KEYOPT(10) 用于控制 SFBEAM 指令时线性变化的压力的偏移量的输入方法：0 - 以长度为单位，直接输入压力相对于 I，J 节点的偏移量1 以偏移量与单元长度的比值为单位（01），用相对值形式输入偏移BEAM3 输出数据：求解输出信息主要包括两部分： 节点位移含全部节点解 单元其它输出信息见 “BEAM3 单元输出信息表”“BEAM
6、3 应力输出图”说明了一些情况，有关求解输出的总体性介绍请见“ Solution Output”，而有关结果内容察看的一些方法见 “ANSYS Basic Analysis Guide”BEAM3 应力输出图以下“单元输出信息表”中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及 ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列表示某一变量值是否在输出文件中给出，第四列某一变量值是否在结果文件中给出。无论是第三还是第四列，“Y ”表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“”则表示不输出。单元输出信息表名称 定义 O REL 单元号 Y YNODES 单元
7、节点- I, J Y YMAT 单元材料号 Y YVOLU: 单元体积 N YXC, YC 输出结果坐标 Y 3TEMP 温度 T1, T2, T3, T4 Y YPRES 压力 P1 at nodes I,J; 偏移量 1 at I,J;P2 at I,J; 偏移量 2 at I, J; P3 at I; P4 at JY YSDIR 轴向直接应力 1 1SBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲应力 1 1SBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲应力 1 1SMAX 最大应力(直接应力+弯曲应力) 1 1SMIN 最小应力(直接应力-弯曲应力) 1 1EPELDIR 端部轴向弹性应变 1 1EPELBY
8、T 梁内单元+Y 面上的弯曲弹性应变 1 1EPELBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲弹性应变 1 1EPTHDIR 端点轴向热应变 1 1EPTHBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲热应变 1 1EPTHBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲热应变 1 1EPINAXL 单元初始轴向应变 1 1MFOR(X, Y)单元坐标系中 X，Y 方向的力 2 YMMOMZ 单元坐标系中 Z 方向的弯矩 2 Y说明：1、每个单元的节点 I，J 及中间点（见 KEYOPT（9）均列出该项结果；2、如果 KEYOPT(6) = 1；3、仅在几何中心作*GET 的一个项目可用。“BEAM3 项目和序号表”中列出了在后处理
9、中可通过 ETABLE 命令加参数及数字序号的方法定义可列表察看的有关变量的细则。详细参见ANSYS 基本分析指南中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格“BEAM3 项目和序号表（KEYOPT（9）0） ”到“BEAM3 项目和序号表（KEYOPT（9）9）”的一些使用说明：Name指在“BEAM3 单元输出信息表”中的有关变量。Item命令 ETABLE 中使用的参数。E单元数据为常数或单值时对应的序号。I,J节点 I,J 所对应的数字序号。ILN 中间点的的顺序号
10、BEAM3 项目和序号表(KEYOPT(9) = 0)ETABLE 和 ESOL 命令输入项Output Quantity Name（变量名） Item E I JSDIR轴向直接应力 LS - 1 4SBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲应力 LS - 2 5SBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲应力 LS - 3 6EPELDIR端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4EPELBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 2 5EPELBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 3 6EPTHDIR端点轴向热应变 LEPTH - 1 4EPTHBYT梁内单元+Y 面上的弯
11、曲热应变 LEPTH - 2 5EPTHBYB梁内单元-Y 面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 6EPINAXL单元初始轴向应变 LEPTH 7 - -SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC - 2 4MFORX 单元坐标系中 X 方向的力 SMISC - 1 7MFORY 单元坐标系中 Y 方向的力 SMISC - 2 8MMOMZ单元坐标系中 Z 方向的弯矩 SMISC - 6 12P1压力 1 在节点 I,J 间 SMISC - 13 14OFFST1 压力 1 距节点偏移量 SMISC - 15 16P2压力
12、2 在节点 I,J 间 SMISC - 17 18OFFST2压力 2 距节点偏移量 SMISC - 19 20P3压力 3 SMISC - 21 -P4压力 4 SMISC - - 22Pseudo Node（假节点） 1 2 3 4TEMP温度 LBFE 1 2 3 4BEAM3 项目和序号表(KEYOPT(9) = 1)ETABLE 和 ESOL 命令输入项Output Quantity Name（变量名） Item E I ILI JSDIR轴向直接应力 LS - 1 4 7SBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲应力 LS - 2 5 8SBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲应力 LS - 3
13、 6 9EPELDIR端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4 7EPELBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 2 5 8EPELBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲弹性应变 LEPEL - 3 6 9EPTHDIR端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 7EPTHBYT梁内单元+Y 面上的弯曲热应变 LEPTH - 2 5 8EPTHBYB梁内单元-Y 面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 6 9EPINAXL单元初始轴向应变 LEPTH 10 - - -SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 5SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC -
14、2 4 6MFORX 单元坐标系中 X 方向的力 SMISC - 1 7 13MFORY 单元坐标系中 Y 方向的力 SMISC - 2 8 14MMOMZ单元坐标系中 Z 方向的弯矩 SMISC - 6 12 18P1压力 1 在节点 I,J 间 SMISC - 19 - 20OFFST1 压力 1 距节点偏移量 SMISC - 21 - 22P2压力 2 在节点 I,J 间 SMISC - 23 - 24OFFST2压力 2 距节点偏移量 SMISC - 25 - 26P3压力 3 SMISC - 27 - -P4压力 4 SMISC - - - 28Pseudo Node（假节点）1 2
15、 3 4TEMP温度 LBFE 1 2 3 4BEAM3 项目和序号表(KEYOPT(9) = 3)ETABLE 和 ESOL 命令输入项Output Quantity Name（变量名） Item E I IL1 IL2 IL3 JSDIR轴向直接应力 LS - 1 4 7 10 13SBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲应力 LS - 2 5 8 11 14SBYB 梁内单元-Y 面上的弯曲应力 LS - 3 6 9 12 15EPELDIR端部轴向弹性应变 LEPEL - 1 4 7 10 13EPELBYT 梁内单元+Y 面上的弯曲弹性应变LEPEL - 2 5 8 11 14EPELBY
16、B 梁内单元-Y 面上的弯曲弹性应变LEPEL - 3 6 9 12 15EPTHDIR端点轴向热应变 LEPTH - 1 4 7 10 13EPTHBYT梁内单元+Y 面上的弯曲热应变 LEPTH - 2 5 8 11 14EPTHBYB梁内单元-Y 面上的弯曲热应变 LEPTH - 3 6 9 12 15EPINAXL单元初始轴向应变 LEPTH 16 - - - - -SMAX最大应力(直接应力+弯曲应力) NMISC - 1 3 5 7 9SMIN最小应力(直接应力-弯曲应力) NMISC - 2 4 6 8 10MFORX 单元坐标系中 X 方向的力 SMISC - 1 7 13 19 25MFORY 单元坐标系中 Y 方向的力 SMISC - 2 8 14 20 26MMOMZ单元坐标系中 Z
