1、BEAM161显式 3-D 梁单元BEAM161 单元描述BEAM161 的几个特性： 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 只用于计算效率和接头 等同于 brick 单元 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 Figure 1
2、61.1 BEAM161 GeometryBEAM161 输入数据：Figure 161.1 BEAM161 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 Mo
3、del）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 Figure 161.1 BEAM161 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 BE
4、AM161 单元时，材料可从下列材料列表中选择。 弹性各向同性材料 双线性随动材料(KEYOPT(1) = 2 时除外) 塑性随动材料（KEYOPT(1) = 2 时除外） 粘弹性材料（仅当 KEYOPT(1) = 1 时） Power Law Plasticity（仅当 KEYOPT(1) = 1 时） 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“.KEYOP
5、T(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。Figure 161.2 Standard Beam Cross SectionsFigure 161.3 Standard 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
6、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,
7、 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K
8、EYOPT(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. Name Description Use if.1 SHRF 剪切因子. 默认 = 1.0矩形截面推荐值= 5/6.KEYOPT (1
9、) = 0,1, 4, or 52 TS1 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 23 TS2 节点 2 处 s 方向梁的厚度; KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 No. Name Description Use if.如果 KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面 KEYOPT (5) = 0 or 24 TT1 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,
10、or 4KEYOPT (5) = 0 or 25 TT2 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 22 DS1 节点 11 处梁的外径 KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 13 DS2 节点 21 处梁的外径 KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 14 DT1 节点 11 处梁的内径 KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT
11、 (4) = 0KEYOPT (5) = 15 DT2 节点 21 处梁的内径 KEYOPT (1) = 0, 1, or 5KEYOPT (4) = 0KEYOPT (5) = 16 NSLOC 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) = 07 NTLOC 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) = 08 A 截面积见图 161.4KEYOPT
12、 (4) = 0KEYOPT (1) = 2No. Name Description Use if.9 ISS 关于 s 轴的转动惯量见 图 161.4KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 210 ITT 关于 t 轴的转动惯量见 图 161.4KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 211 IRR Polar moment of inertia KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 212 SA 剪切面积 KEYOPT (4) = 0KEYOPT (1) = 213 NIP 积分数 KEYOPT (4) 0 and KEYOPT (5) = 21
13、4 RA 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) = 215 ICST 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
14、 only)16 W 宽 ICST 0, and NIP = RA = 017 TF 厚度 ICST 0, and NIP = RA = 018 D 深度 ICST 0, and NIP = RA = 019 TW Web thickness ICST 0, and NIP = RA = 020 SREF Location of reference surface normal to sNoteIf KEYOPT (1) = 1 onlyICST 0, and NIP = RA = 021 TREF Location of reference surface normal to t ICST
15、0, and NIP = RA = 0No. Name Description Use if.NoteIf KEYOPT (1) = 1 only22, 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 =
16、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 o
17、nlyNIP 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 16
18、1.4 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 B
19、EAMIP=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
20、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 为 ETABLE or ESOL 命令预先确定的项目标签 E 单值或常值单元数据的序号1st IP 第一积分点的序号nth IPEDINT 命令中定义的第 n 个积分点的序号表 161.3BEAM161 Item and Sequence Numbers1 表中 n 为用户要求输出数据的当前积分点BEAM161 单元假设和限制 梁长度不能为 0 有任何非零的面积和转动惯量的开环或闭环的截面形状 假定忽略扭转，扭转惯量不用于刚度计算 不限制梁截面的变形，扭转在长度方向线性变化，但，截面扭曲变形不试用于合成梁（KEYOPT(1) = 2).BEAM161 产品限制对这个单元没有特殊的限制
