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ANSYS Elements Reference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ANSYS Commands Reference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,CSOLID SECDATA,5,8 SECNUM,2
GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs
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: Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects 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: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs MAT
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（BEAM TOOL）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\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）
ANSYS Structural Analysis Guide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=5in B=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Utility Menu>File>Change Title。
2． 输入\并单击OK。 3． 确认PowerGraphics正在运行。选择菜单Utility
Menu>PlotCtrls>Style>Hidden-Line Options。确认PowerGraphics选项打开并单
击OK。
4． 将Graphical Solution Tracking打开。选择菜单Main
Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Grph Solu Track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Utility Menu>PlotCtrls>Redirect Plots>To GRPH File。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>Keypo in ts>In Active CS，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>Straight Line。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Utility Menu>File>Save As。在\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Main Menu>Preprocessor>Element Type>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\。
4． 在右列选择\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-Common Sects。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Main Menu>Preprocessor>Sections>List Sections。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Main Menu>Preprocessor>Material Props>-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Utility Menu>Select>Entities来选择线。选择下列选项：Lines， By Num/Pick，From Full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>All Lines。单击Pick Orientation
Keypo in t radio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Utility Menu>File>Save As。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-All Lines。在No. Of Element Divisions框中输入10并单击OK。 2． 对线划分网格。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines。确
认在\Lines\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Utility Menu>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Utility Menu>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Main Menu>Preprocessor>Sections> Plot Section并单击OK。
6． 重新显示网格。选择菜单Utility Menu>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>On Keypo in ts。将弹出 Apply U,ROT on KPs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\DOF\，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>On Keypo in ts。将出现
Apply F/M on KPs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Direction of force/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Utility Menu>File>Save As。选择OK，当ANSYS询问是否
覆盖时，单击Yes。
9． 选择菜单Main Menu>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TimeHist Postpro>Define Variables。TIME变
量是缺省的。选择Close。
2． 设置分析选项。选择菜单Main Menu>Solution>Analysis Options。将弹出 Static或Steady-State Analysis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Stress stiffness or prestress框中，选择\。