BEAM161.doc

BEAM161显式3-D梁单元BEAM161 单元描述BEAM161的几个特性：l 作为新增单元（刚体旋转不产生应变），用来处理许多实际应用中产生有限应变的情况l 只用于计算效率和接头l 等同于brick单元l 包含有限的横向切应变，额外的计算需要保留这些应变成份，相对于那些基于无横向切应变假设的单元，意义重大。Belytschko梁单元关键字(KEYOPT(1) = 2, 4, 5)是用“co-rotational technique”处理大转动的结构分析单元家族的一员。这个单元仅用于显式动力学分析，更多信息参见LS-DYNA Theoretical Manual Figure161.1BEAM161 GeometryBEAM161输入数据：Figure161.1BEAM161 Geometry给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统，K节点用来定义截面初始方向。该单元由I,J在全局坐标系中定义，节点K（与节点I,J）定义了一个包含了单元s轴的平面，单元的r轴与通过节点I,J的单元重心线平行，节点K用来定义单元坐标系，不能与节点I,J共线。节点K的位置仅用来定义单元的初始方向。（关于节点方向和梁单元网格化分参见ANSYS Modeling and Meshing Guide中的Meshing Your Solid Model）用EDLOAD命令施加节点载荷及下述类型载荷，在显式动力学分析中如何施加载荷见LS-DYNA使用指南。压力可以作为面载荷作用于Figure161.1BEAM161 Geometry中带圈数字所示的单元表面上，但是，这一压力实际上是作为一个牵引载荷作用于单元的中心线上。用EDLOAD命令施加压力载荷，输入单位长度上的压力值，压力正向指向单元内部。x, y, 和z方向的初始加速度和角速度可用EDLOAD命令施加在节点上，为施加载荷，应先选取节点创建一节点组元，然后，将载荷作用于组元上。用户也可用EDLOAD命令在刚体上施加载荷（如位移，力，等）。使用BEAM161单元时，材料可从下列材料列表中选择。l 弹性各向同性材料l 双线性随动材料(KEYOPT(1) = 2时除外)l 塑性随动材料（KEYOPT(1) = 2时除外）l 粘弹性材料（仅当KEYOPT(1) = 1时）l Power Law Plasticity（仅当KEYOPT(1) = 1时）l 分段线性塑性材料（仅当KEYOPT(1) = 1时）用KEYOPT(1)指定BEAM161的4个单元方程之一（见BEAM161 Input Summary），单元方程实常数输入细节见 Table 161.1: BEAM161 Real Constants.KEYOPT(2)仅在矩形单元时有效（KEYOPT(1) = 0, 1, 4）当KEYOPT(4)0时，下列插图给出了有效的标准梁截面形式，当KEYOPT(5)=2时为标准梁截面。Figure161.2Standard Beam Cross SectionsFigure161.3Standard Beam Cross Sections (continued)当KEYOPT(1)=2时KEYOPT(5)无效。单元输入概述在BEAM161 Input Summary中给出，关于这个单元实常数的额外信息由Table 161.1: BEAM161 Real Constants提供。这一单元的更多信息见ANSYS LS-DYNA使用指南。BEAM161输入概述节点 I, J, K（K是方向定位节点）自由度UX, UY, UZ, VX, VY, VZ, AX, AY, AZ, ROTX, ROTY, ROTZ对于显示动力学分析， V(X, Y, Z)指节点的速度以及A(X, Y, Z)指节点的加速度。虽然V(X, Y, Z)和A(X, Y, Z)作为自由度出现，但他们不是真实的自由度。然而，自由度求解时这些量将被计算并储存提供给后处理使用。实常数见Table 161.1: BEAM161 Real Constants材料特性 EX, NUXY, DENS, DAMP（MP命令） RIGID (KEYOPT(1) = 1,2) （EDMP命令）BKIN, EVISC, PLAW（TB命令，见LS-DYNA使用指南中的材料模块）面荷载 压力 面1（I-J）+r切向方向，面2（I-J）- s 法线方向，面3（I）-t法线方向体载荷 无特殊特性对于显式动力学分析，该单元支持所有非线性特性。KEYOPT(1) 单元方程：0, 1- Hughes-Liu 截面积分(默认)2- Belytschko-Schwer 合成梁(合成)4- Belytschko-Schwer 全截面积分5- Belytschko-Schwer 截面积分圆柱梁KEYOPT(2)积分规则1单点积分 0，22X2 高斯积分（默认）33X3高斯积分4Lobatto积分54X4高斯积分 注释 仅当(KEYOPT(1) = 0, 1, 4)时KEYOPT(2)有效KEYOPT(4)截面积分规则0标准积分选项n用户定义积分规则选项(有效范围1-9999)KEYOPT(5)截面类型0矩形截面1圆形截面2任意截面（用户定义积分规则）或标准截面类型，当KEYOPT (4) 0时。表格161.1 BEAM161实常数No.NameDescriptionUse if.1SHRF剪切因子. 默认 = 1.0矩形截面推荐值= 5/6.KEYOPT (1) = 0,1, 4, or 52TS1节点1处s方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 KEYOPT (5) = 0 or 23TS2节点2处s方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 KEYOPT (5) = 0 or 24TT1节点1处t方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面KEYOPT (1) = 0, 1, or 4KEYOPT (5) = 0 or 25TT2节点2处t方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面KEYOPT (1) = 0, 1, or 4KEYOPT (5) = 0 or 22DS1节点11 处梁的外径KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 13DS2节点21 处梁的外径KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 14DT1节点11 处梁的内径KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 15DT2节点21 处梁的内径KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 16NSLOC相对于s-轴曲面法线参考面定位=1 与s轴正向一致=0 中心=-1与s轴负向一致KEYOPT (1) = 0, 1, 4, or 5KEYOPT (4) = 07NTLOC相对于t-轴曲面法线参考面定位=1 与t轴正向一致=0 中心=-1与t轴负向一致KEYOPT (1) = 0, 1, 4, or 5KEYOPT (4) = 08A截面积见图161.4KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 29ISS关于s轴的转动惯量见 图161.4KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 210ITT关于t轴的转动惯量见 图161.4KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 211IRRPolar moment of inertiaKEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 212SA剪切面积KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 213NIP积分数KEYOPT (4) 0 and KEYOPT (5) = 214RA相对截面积，实际面积除以S方向厚度与t方向厚度的乘积KEYOPT (4) 0 and KEYOPT (5) = 215ICST标准截面形式注释如果这一值为非零，那么NIP和RA为0Cross section types are:1 - W-section2 - C-section3 - Angle section4 - T-section5 - Rectangular tubing6 - Z-section7 - Trapezoidal sectionKEYOPT (4) 02 and KEYOPT (5) = 2 (standard cross section only)16W宽ICST 0, and NIP = RA = 017TF厚度ICST 0, and NIP = RA = 018D深度ICST 0, and NIP = RA = 019TWWeb thicknessICST 0, and NIP = RA = 020SREFLocation of reference surface normal to sNoteIf KEYOPT (1) = 1 onlyICST 0, and NIP = RA = 021TREFLocation of reference surface normal to tNoteIf KEYOPT (1) = 1 onlyICST 0, and NIP = RA = 022, 25, 28, .79S(i)s coordinate of integration pointi = 1, NIP (NIP = 20 max)3KEYOPT (4) 0KEYOPT (5) = 2, arbitrary cross section onlyNIP 0, RA 0, ICST = 023, 26, 29, .80T(i)t coordinate of integration pointi = 1, NIP (NIP = 20 max)3KEYOPT (4) 0KEYOPT (5) = 2, arbitrary cross section onlyNIP 0, RA 0, ICST = 024, 27, 30, .81WF(i)Weighting factor; that is, the area associated with the integration point divided by the actual cross-section area.i = 1, NIP (NIP = 20 max)3KEYOPT (4) 0KEYOPT (5) = 2, arbitrary cross section onlyNIP 0, RA 0, ICST = 01、 仅当KEYOPT (5) = 1，设置DS1, DS2, DT1, 和DT2。如果KEYOPT (5) =0或2，那么设置TS1, TS2, TT1, 和 TT22、 KEYOPT (5) = 2， 标准截面类型，因为NIP = RA = 0不使用积分点ID（KEYOPT (4) 0），但用户必须提供3、 为S(i), T(i), and WF(i)指定各个积分点。例如，为S(1), T(1), WF(1), S(2), T(2), WF(2), . S(20), T(20), WF(20).指定20个积分点图161.4 几种通用截面参数图161.5 Definition of Relative Area for User Defined Integration Rule图161.6 Definition of Integration Points for User Defined Integration RuleBEAM161 输出数据为存储该单元输出数据，用户需要先为每个想要输出数据的积分点指定标号，用EDINT，BEAMIP命令在求解阶段指定积分点的标号。缺省时，输出数据写成4点积分。对于合成梁(KEYOPT(1) = 2)，没有应力输出数据（不管BEAMIP设置），如果设置BEAMIP=0，那么对于任何梁都不会有应力输出数据。这种情况下，在POST1的显示中不会有梁出现，因为程序认为这些单元是无效的。要显示beam161的数据，用户必须使用ETABLE命令，然后，可使用PRETAB命令打印这些输出数据。RSYS命令对单元后处理的输出无影响。下述项目在结果文件中有用Table 161.2: BEAM161 Element Output Definitions上述输出数据，设定数值假定在质心位置，作为整梁数据输出。表格161.3 “BEAM161单元选项和序号”列出了使用序号方法执行的ETABLE 和ESOL命令的输出数据，更多信息见ANSYS Basic Analysis Guide 中的The General Postprocessor(post1) ，下面的符号用在表161.3“BEAM161 Item and Sequence Numbers”Name Table 161.2: BEAM161 Element Output Definitions中定义的输出量Item