LINK10单元特性简介
LINK10单元是一个轴向仅受拉或仅受压三维杆单元,它具有独一无二的双线性刚度矩阵特性。使用只受拉选项时,如果单元受压,刚度就消失,以此来模拟缆索的松弛或链条的松弛。这一特性对于将整个钢缆用一个单元来模拟的钢缆静立问题非常有用。当需要松弛单元的性能,而不关注松弛单元的运动时,它也可用于动力分析。
如果分析的目的是研究单元的运动(没有松弛单元)那么就应该使用类似于LINK10的不能松弛的单元,如LINK8和LINK59。对于最终收敛的结果为绷紧状态的结构,如果迭代过程中可能出现松弛状态,那么这种静力收敛问题也不能使用LINK10单元,而应使用其他单元。
LINK10单元在每一个节点上有3个自由度,即沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。不管是仅受拉选项,还是仅受压选项,本单元都不包括弯曲刚度。本单元有应力刚化和大变形功能。
LINK10单元在具体应用时存在如下假设和限制:
1、 单元的长度必须大于0,因为即节点I和J不能重合。面积必须大于0,同时假定温度
沿杆长线性变化。 2、 如果ISTRN等于0,那么单元的刚度包括在第一个子步内。对于裂口选项(仅受压时),
节点j相对节点i的正值轴向位移(在单元坐标系中)往往表示裂口打开。
3、 求解程序如下:在第一个子步初始时的单元状态决定于初始应变或裂口的输入值;如果
对于缆选型该值小于0,则对于这个子步来说,单元的刚度被认为是0,。如果在这个子步结束时STAT=2,那么单元的0刚度值被用于下一子步;如果STAT=1,单元的刚度值包括在下一子步内。
4、 单元是非线性的,且需要一个迭代解。如果单元所处状态在一个子步内变化了,那么该
改变的影响在下一子步内业存在。非收敛的子步不是平衡状态。 5、 初始应变也用来计算应力刚度矩阵,如果有的话,是用在第一次的累积迭代中,应力刚
化总是用来为缆下垂问题提供数值稳定。应力刚化和大变形影响可以和一些缆的问题一起使用。
梁系结构有限元分析基本过程
梁系结构也属于自然离散结构体系,因此其有限元分析过程与桁架结构相似,也包括单元分析、结构分析、引入边界条件等步骤。对于平面梁单元,在计算其轴向变形时,每个节点都将有轴向位移、横向位移和弯曲转角3个位移分量,以及轴力、剪力和弯矩3个杆端力(矩)分量,因此其单元刚度矩阵是一个6x6矩阵。对于一般情况的空间梁单元,其一个节点将具有6个运动自由度,包括3个线自由度和3个转动自由度。其中,线位移自由度包括1个轴向位移及2个平面内外的横向位移,转动自由度包括1个扭转角和2个弯曲转角自由度。一个节点具有6个杆端力矩分量,即3个杆端力分量和3个杆端力矩分量,因次,单元刚度矩阵是一个12x12矩阵。
基本假定
1、 平面梁结构的节点假设为刚接,每个节点有3个自由度,即x、y位移方向的平动自由
度和绕z轴方向的转动自由度。
2、 杆件不仅承受轴向的拉力和压力,还承受弯矩作用。
Ansys中提供的梁单元简介
Ansys程序中提供了多种梁单元,用来模拟不同场合的应用,可将其分为平面梁单元和空间梁单元,如应用于平面梁及平面钢架的BEAM3(弹性)、BEAM23(塑性)、BEAM54(弹性非对称变截面)二维梁单元,应用于空间梁、空间钢架、空间框架的BEAM4(弹性)、BEAM24(塑性)、BEAM44(弹性非对称变截面)、BEAM188(线性有限应变梁单元)、BEAM189(二次有限应变梁单元)三维梁单元等。
BEAM3单元特性简介
BEAM3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。该单元的每一个节点有3个自由度,即沿X、Y方向的位移及绕Z轴的角位移。利用BEAM3单元可以模拟平面梁、平面钢架等平面梁系结构。
该单元在具体应用过程中存在如下假设和注意事项。
1、 梁单元必须位于X-Y平面内,长度及面积均不可为0
2、 惯性矩参数可以是任意形状横截面积的计算结果。但是任何形状截面的梁,其等效高度
必须先行确定,因为计算弯曲应力是时,将取中性轴至最外边的距离为高度的一半。 3、 单元高度仅在弯曲计算和热应力分析时才会用到,应力沿着截面高度方向线性分布。 4、 作用的温度梯度假定沿长度方向及高度方向线性变化。 5、 在不使用大变形时,惯性矩可以为0.
BAEAM4单元特性简介
BEAM4单元是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个节点上有6个自由度:X、Y、Z3个方向的线位移和绕X、Y、Z3个轴的角位移。它被广泛应用于空间钢架、框架等空间梁柱结构中。
该单元在具体应用过程中存在如下假设和注意事项。
1、 梁单元必须位于X-Y平面内,长度及面积均不可为0 2、 在不使用大变形时,惯性矩可以为0
3、 惯性矩参数可以是任意形状横截面积的计算结果。但是任何形状截面的梁,其等效高度
必须先行确定,因为计算弯曲应力是时,将取中性轴至最外边的距离为高度的一半。 4、 单元高度仅在弯曲计算和热应力分析时才会用到,应力沿着截面高度方向线性分布。
5、 作用的温度梯度假定沿长度方向及高度方向线性变化。
6、 当使用相容切线刚度矩阵(KEYOP(2)=1)时,一定要注意使用切合实际的(即按比例
的)单元实常数。这是因为相容应力刚度矩阵是基于单元应力来计算的,如果人为取过大或过小的截面特性,则计算的应力可能不正确,导致相应的应力刚度矩阵也不正确(相容应力刚度矩阵的某些分量或许会变成无穷大) 7、 在回转仪的模态分析中,特征值得计算对初始位移的变化是十分敏感的,可能导致特征
值得实部或虚部存在错误。·
BEAM188和BEAM189单元特性简介
BEAM188为三维线性有限应变梁单元,而BEAM189为三维二次有限应力变梁单元。二者均适应于分析从细长到中等短粗的梁单元,BEAM189为3节点3D梁单元。每个节点有6个或7个自由度,自由度的个数取决于KEYOP(1)D的值。当KOYOP(1)=0(默认)时,每个节点有6个自由度。节点坐标系X、Y、Z方向的平移和绕X、Y、Z轴的转动;当KEYOP(1)=1时,每个节点有7个自由度,此时引入了第7个自由度(横截面的翘曲)。
节点耦合的操作,即使两个节点变成一个节点
选择Main Munm---Preprocessor---Coupling/Ceqn----Couple DOFs命令,弹出Define Coupled DOFs拾取菜单,选择Box窗选方式,在图形窗口中选择要耦合的两点,单击APPLY按钮,弹出Define Coupled DOFs对话框,在NSET Set reference number 输入框中输入1,在LAB Degree-off-freedom label 下拉列表框中选择UX选项,然后单击APPLY按钮。 提示:在施加载荷时,均布载荷指向梁截面则为正值,集中载荷输入为负值表示其方向为Y轴负方向。
ANSYS板壳结构有限元分析
板壳结构包括板结构和壳结构两种类型,它是一种重要的工程结构,被广泛用于机械、土木及海洋等实际工程中,如各式各样的平台的平台板、楼板、机车箱体、曲面屋顶、穹顶结构等。板结构通常在一个平面内,通常可简化为弹性平面问题;而壳结构通常不在一个平面内,是一种曲面结构,在土木工程中,壳结构多为薄壳结构,即曲面的薄壳结构,如筒壳、圆顶薄壳、双曲扇壳和双曲抛物面壳等,材料大多为钢筋混泥土。从外观上来看,这些薄壳结构形态各异,却有着共同的力学特征。薄壳结构在受到外力作用时,能够把力沿着整个壳体表面向四周均匀传递,使壳体上单位面积所受力并不大。更为重要的是,在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。建筑物垮塌不是建筑物的每一处都承受不住力了,而往往是有一处不能承受重压而导致整个建筑物跨垮掉,所以,薄壳这个结构很重要。
板壳结构有限元分析基本过程
板壳结构的理论基础是板壳力学。
弹性平面问题有限元分析基本思想
对于弹性力学平面问题,若也采用与杆梁相同的分析方法,首先要建立于其相似的离散系统。对于系统结构来说,将杆件交汇点、截面突变点等作为节点来划分单元是很自然的;而对于弹性连续体,却只能人为地将其分割成有限部分。并认为各部分之间仅有有限个点相连。显然,这样做的结果使离散体不同于原连续体。但是,随着划分网格的加密和每一部分尺寸的缩小。这样做的好处是,我们可以把一个复杂的、弹性力学的一般方法无法求解解析的连续体问题用前面介绍的方法进行求解。
由于弹性连续体的离散系统与杆系结构的离散系统在形式上是类似的,因此,其分析步骤也类似,即都需要进行单元分析和整体分析。由于离散方式不同,在单元分析时又有很大的不同,出现了在杆系结构中没有遇见的新问题,如收敛性,应力结果的整理等。