beam188不能用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题

beam188不能用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题？ 题：用beam188单元求单轴对称H型截面梁在纯弯作用下的线性屈曲特征值。 题目条件： 截面高度：300mm 上翼缘：150*12mm 下翼缘：80*12mm 腹板厚度：10mm 构件长度：3000mm 弹性模量：E=68000MPa 泊松比：0.315 两端铰接，简支，端部可自由翘曲 打开Beam188的翘曲自由度 计算结果：Mcr=50.17 kN*m 根据经典弹性理论，y=97.25mm（正值，由于上翼缘较大，受压），Mcr=85.93kN*m 结果明显错误。于是将上下翼缘颠倒，再计算之。即： 上翼缘：80*12mm 下翼缘：150*12mm 计算结果仍然是：Mcr=50.17 kN*m 根据经典弹性理论，y=-97.25mm（负值，由于上翼缘较小，受压），Mcr=29.22kN*m 最后，经典弹性理论的计算公式中，直接取y=0.0 mm（不考虑Wagnar效应），可得Mcr=50.11kN*m，这样才和Ansys计算结果相近。 结论：beam188不能用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题。 （也许我还没有找到某个开关，先暂时下此结论。望有高手指教） 再以板单元建立模型验证： 单元采用SHELL63，上翼缘大时，得Mcr=50.12 kN*m 颠倒过来，上翼缘小时，得Mcr=29.20 kN*m 结论：板单元可以用于计算单轴对称截面梁的弯扭失稳问题。也再次验证了beam188的计算错误。2007-12-18 04:30#1 warsheep 助理工程师 精华 0积分 70帖子 33水位 70 技术分 0 忘了说明：Ansys版本为8.0 支座位置位于截面形心上。2007-12-18 10:12#2 wilsonweic 助理工程师 精华 0积分 70帖子 35水位 70 技术分 0 用beam188/189单元进行线性弯扭屈曲分析，结果不可靠。除了你所说的单轴对称截面外，事实上，双轴对称截面梁的线性弯扭屈曲分析结果也不准确。虽然所涉及的只是线性屈曲分析，但是，我们有理由怀疑，beam188/189非线性弯扭屈曲分析的结果也不一定准确。条件允许的话，最好用壳单元分析结果进行校核。 我分别用beam188单元和shell181单元对两端简支和两端固支的双轴对称截面纯弯梁进行了特征值屈曲分析，分析结果与理论屈曲荷载进行了对比。用beam188分析时，分别考虑了KEYOPT1=0和KEYOPT1=1两种情况。结果显示shell181分析的结果与理论值吻合良好，而beam188分析的结果误差很大（见附件）。 相关的内容还可参见/viewthread . mp;bpg=1&age=302007-12-18 18:26#3 mqiao 助理工程师 精华 0积分 69帖子 34水位 69 技术分 0 您说的有些道理，但部分观点不敢苟同。 经过对ansys的beam188单元刚度矩阵的研究，发现原因可能是beam188的几何刚度矩阵一项中只考虑了轴力的影响，而没有考虑和转角以及所对应的弯矩和剪力的影响，梁单元的完整的几何刚度矩阵可参考钢结构构件稳定理论于设计（陈骥）p445。让人郁闷的是，Ansys手册中没有给出beam188的几何刚度矩阵公式，只给出了一个beam4的几何刚度矩阵公式。（Ansys theory Reference,式（3-60），所以上述也仅仅是猜测而已。 但是，可以确定的是： beam188不能用于计算梁（主要是非双轴对称截面梁）的弯扭失稳， 包括线性特征值分析和几何非线性分析。 另外经过我对大量算例的分析表明： 对于双轴对称截面梁的弯扭屈曲，其计算结果和经典解接近。（但长度很小时差别略大） 对于轴心受压构件的弯曲屈曲，其计算结果和经典解接近。 对于轴压构件的弯扭屈曲，其计算结果和经典解接近。 其他有限元软件也有类似问题。 很不幸，我要算的梁太多了，如果全部用板单元恐怕要算到明年了。只能自己编程序了。郁闷中啊。 jxln兄，我的以上认识可能也有不妥，有空可相互探讨之，我的qq是1788382。2007-12-19 00:03#4 710476703 工程师 精华 0积分 136帖子 38水位 79 技术分 0 jxln兄：我粗略研究了你的附件中的命令流，发现您的命令流其实是错误的。 您的命令流为：两端简支beam188.c 修改后的命令流为（修改处增加了注解）： /prep7 et,1,beam188,2,keyopt,1,1,1 !*考虑翘曲自由度* mp,ex,1,2.06e11 mp,prxy,1,0.3 SECTYPE,1, BEAM, I, , 2!*原有命令流截面划分过于粗糙*SECOFFSET, CENTSECDATA,0.1,0.1,0.6,0.01,0.01,0.008,0,0,0,0secplot,1,1 k,1, k,2,5,k,3,-2, l,1,2 latt,1,1,3,1, lesize,all,20,lmesh,all /eshape,1,1, /rep /pnum,node,1 /eshape,0, /replot save finish /sol ANTYPE,staticPSTRES,ONdk,1,ux,0 dk,1,uy,0 dk,1,uz,0 dk,1,rotx,0 dk,2,uy,0 dk,2,uz,0 dk,2,rotx,0 !*重新设置了边界条件，主要是一端要可滑动* Fk,1,MZ,-1,Fk,2,MZ, 1, !*主要错误：原有命令流中的弯矩施加到一端了，现改正之* ftran SOLVEFINISHsave/SOLUTIONANTYPE,buckle BUCOPT,SUBSP,1MXPAND,1SOLVEFINISH/POST1SET,first SET,LISTpldisp,1, 最后得出的结果为58720(N.m)，和经典解59007.25(N.m)是很接近的。 这正如我前文得出的结论，对于双轴对称截面，Ansys的分析勉强可以接受 因为双轴对称截面的y=0，不会和弯曲M产生耦合（请参看弯扭屈曲经典微分方程）。2007-12-19 09:31#5 小宝 助理工程师 精华 0积分 77帖子 38水位 77 技术分 0 算了，做人要厚道，既然要贴，就贴完整，把我分析的原因也贴出来。 以下文字基于钢结构稳定理论与设计（陈骥，科学出版社，2001）一书中第442页，附录三、有限单元法求解受压和受弯构件的弯扭屈曲荷载，本文的符号和公式均和该书相同。以下简称该书为“陈骥书”先来将问题的表象：我进行了大量构件稳定问题的数值分析，包括弯曲屈曲和弯扭屈曲。所有分析中均打开了翘曲自由度开关。大量数值分析的结果表明：对轴压构件：弯曲屈曲和弯扭屈曲的分析结果和经典解一致。对弯曲构件：双轴对称截面的梁的弯扭屈曲和经典解一致。 单轴对称截面梁的弯扭屈曲和经典解差别很大。 但是，在按经典弹性理论求Mcr时，若取y=0，则得出的结果和Ansys一致。对压弯构件：双轴对称截面构件，无论弯曲还是弯扭均和经典解一致。 单轴对称截面压弯构件的分析结构和经典解差别很大。弯矩越大，差别越大。表象之要点：Ansys无法考虑y的影响。再来分析一下原因（Theory Reference中找不到beam188的单刚矩阵和几何刚度矩阵，故以下叙述仅为推断）：首先：双轴对称截面梁的弯扭屈曲和经典解一致， 说明beam188的单元刚度矩阵是正确的。 因为单元刚度矩阵中（见陈骥书p444,式3.8）没有y。其次：单轴对称截面梁的弯扭屈曲和经典解差别很大。 说明beam188的几何刚度矩阵是不正确的。 因为几何刚度矩阵中（见陈骥书p444,式3.9以及p450式3.30下面一段话）和y有关。再次：按经典弹性理论求Mcr时，若取y=0，则得出的结果和Ansys一致。 这说明了什么呢？乖乖，原来是几何刚度矩阵中的2y*Mx没放进去 （注意：推断，仅仅是推断）。结论： beam188的几何刚度矩阵有误。 或许也不能说人家有误，只是不适用于单轴对称梁的计算而已。再结论：凡是y不等于0的受弯、压弯构件不能用beam188来进行稳定分析。 但是轴压构件却可以用beam188来分析，因为轴压构件的M=0， 压力P*i02在几何刚度矩阵中是主要项，y几乎不起作用。2007-12-19 18:07#6 wcysgc 助理工程师 精华 0积分 74帖子 37水位 74 技术分 0 最后再来研究Ansys中beam188的翘曲刚度开关的作用吧。 现象： 用beam188分析构件时： 对梁的弯扭稳定：考虑翘曲刚度得出的临界弯曲比不考虑翘曲刚度要大。 对轴压构件的弯扭稳定：考虑翘曲刚度得出的临界压力比不考虑翘曲刚度要大。 对轴压构件的弯曲稳定：考虑翘曲刚度得出的临界压力和不考虑翘曲刚度差不多。 原因（推断，还是推断而已）： 陈骥书p444页给出了单元刚度矩阵（式3.8）， 从刚度矩阵可以看出，和以及对应的刚度有GIk和EIw。 对角元上，GIk和EIw均是正的。 这使我们容易推断出：beam188的翘曲刚度开关可能是将单元刚度矩阵中的EIw考虑进去。 显然，考虑了EIw将使单元刚度矩阵的特征值变大，因为对角元变大。 而在弯曲失稳中，扭转都不存在，因此考不考虑翘曲刚度对单元刚度矩阵没有影响。 结论： 计算弯扭稳定问题，请打开beam188的翘曲自由度开关。 推论： 构件端部的翘曲约束会使弯扭稳定临界荷载提高，但对弯曲稳定临界荷载无影响。 最后的请求： 要是哪位大哥大姐知道某个开关，可以将y考虑到几何刚度矩阵里面去，使beam188可以计算不对称截面梁的弯扭稳定，行行好告诉小弟我一声，以免去我编程之痛苦，我一定感激不尽，不尽感激啊!2007-12-19 21:18#7 ahhbck 助理工程师 精华 0积分 68帖子 34水位 68 技术分 0 ANSYS中的BEAM188,189分析单轴对称截面的平面外屈曲问题的确有问题，其中没有考虑2Mxbxut项的影响，包括ABAQUS中的B31OS，B32OS存在同样的问题。可以参见 Zhang L, Tong GS Elastic buckling of inter-braced parallel beam systemsADVANCES IN STRUCTURAL ENGINEERING 7 (4): 371-382 AUG 2004上面有分析。2007-12-20 00:41#8 sujiaquan 助理工程师 精华 0积分 69帖子 34水位 69 技术分 0 谢谢指点，EI检索里没有全文连接，我下载不到。 要是您能给我传一份英文的pdf我就更感激不尽了。 要是您还能帮我写两段程序我就更更更感激不尽了。 不过这样看来我前文的推断是正确的了。 Ansys的确不能用于分析单轴截面对称梁。 我还试过了Abquse和Marc等程序，也一样。 童根树和张磊等人的其他几篇文章也值得我们学习， 看过之后可以对梁单元的经典理论有更深入的了解。 文章目录： 童根树，张磊，薄壁钢梁稳定性计算的争议及其解决，建筑结构学报，vol.23,No.3,June,2003 张磊，童根树，工字形截面悬臂钢梁的稳定性研究，工程力学，Vol.20,No.4,Aug,20032007-12-20 07:57#9 gao1 助理工程师 精华 0积分 57帖子 28水位 57 技术分 0 Zhang L, Tong GS Elastic buckling of inter-braced parallel beam ADVANCES IN STRUCTURAL ENGINEERING 7 (4): 371-382 AUG 2004 该文见附件，论坛欢迎类似有质量的帖子！ 不好意思写错了，应该是2Mxbxt2，年纪大了，记性不好。我以前看过ANSYS中BEAM188,189单元的参考文献。它来自一种一般的有限变形单元，不是专门的薄壁截面单元，但是由于文章写得过于力学，对其中的符号不是很习惯，也就没有深究。 另外，guoxiaonong 要研究的是什么问题，弹性？弹塑性？如果是弹塑性自己编程会