第七章梁分析和横截面形状7.1 梁分析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，梁单元求解效率更高。
本章的内容只适用于 BEAM44(三维变截面单元)和另两种有限元应变单元 BEAM188 和 BEAM189 (三维梁单元)。
这些梁单元与ANSYS 的其他梁单元相比，提供了更健壮的非线性分析能力，显著地改进了截面数据定义功能和可视化特性。
参阅《ANSYS Elements Reference》中关于 BEAM44、BEAM188 和 BEAM189 单元的描述。
注意--如要对 BEAM44 单元采用本章论述的横截面定义功能，必须清楚不能应用这些功能来定义斜削的截面。
此外，本章所述的后处理可视化功能不能应用于 BEAM44 单元。
注意--用户定义横截面功能可能不能应用CDWRITE命令。
7.2 何为横截面横截面定义为垂直于梁轴的截面的形状。
ANSYS提供有11种常用的梁横截面库，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节点的数值模型来确定梁的截面特性(Iyy，Izz 等)，并求解泊松方程得到扭转特征。
图7-1是一个标准的Z型横截面，示出了截面的质心和剪切中心，以及计算得到的横截面特性。
图7-1 Z型横截面图横截面和用户自定义截面网格将存储在横截面库文件中。
如果用BEAM44、BEAM188、BEAM189 单元来模拟线实体，可用LATT命令将梁横截面属性赋予线实体。
7.3 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(Dection ID)关联。
2、定义截面的几何特性数值。
ANSYS 提供了表7-1 所列出的命令，可以完成横截面生成、查看、列表和操作横截面库的功能。
表7-1 ANSYS 横截面命令命令GUI菜单路径目的PRSSOLMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>SectionSolutionUtilityMenu>List>Results>SectionSolution打印梁截面结果(BEAM44不支持)SECTYP EMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh用SEID关联截面子类型SECDAT AMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectns定义截面几何数据SECOFF SETMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CommonSectnsMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh定义梁截面的截面偏离SECCON TROLSMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-Add/Edit覆盖程序计算的属性值SECNUMMainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribsMainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Elements>ElemAttributes识别关联到一个单元的SECIDSECPLO TMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-PlotSection按比例显示梁截面的几何形状SECWRI TEMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-WriteSecMesh建立一个包含用户网格自定义截面的ASCII文件/SECLI BMainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>LibraryPath设置SECREAD缺省截面库路径SECREA DMainMenu>Preprocessor>Sections>SectionLibrary>ImportLibraryMainMenu>Preprocessor>Sections>-Beam-CustomSectns>ReadSectMesh读入用户定义的截面库、网格、自定义截面SLISTMainMenu>Preprocessor>Sections>L istSectionsUtilityMenu>List>Properties>SectionPropertiesUtilityMenu>List>Properties>SpecifiedSectionProperties汇总截面特性SDELET EMainMenu>Preprocessor>Sections>DeleteSection删除横截面参阅《ANSYS Commands Reference》可以得到横截面命令的完整描述。
7.3.1 定义截面并与截面号关联使用SECTYPE命令定义截面并与截面号关联。
下面的命令将截面号2与已定义的横截面形状(圆柱体)关联：命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLIDGUI: Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sectns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 Iyy 和 Izz 的横截面，使用子形状 ASEC。
7.3.2 定义横截面几何特性和设置截面属性点接着如上所示的SECTYPE命令之后，使用SECDATA命令来定义横截面的几何特性。
注意 CSOLID 子形状有两个尺寸：半径和沿周向的格数。
这样，下面的SECDATA命令指定圆截面梁的半径为 5，周向的格数为 8。
通过SECNUM命令设置截面的属性点为2。
命令：SECDATA, 5, 8SECNUM, 2GUI：Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common SectnsMain Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs7.3.2.1 确定要定义的格数通常，在建立横截面时，用户不需要设置格数。
ANSYS 将通过缺省的积分规则，计算截面值，如截面面积、对坐标轴的惯性矩，并将得出数值上精确的结果。
由于扭转常数从网格中导出，所以扭转常数的精度，与截面网格尺寸成正比。
ANSYS 应用的缺省网格的精度符合工程应用要求。
对于常用的截面，可用两种方法指定网格尺寸。
应用[SECTYPE,REFINEKEY] 来设置薄璧截面的网格加密水平(CTUBE,CHAN,I,Z, L,T,HATS,HREC)。
应用SECDATA命令指定实体截面(RECT,QUAD,CSOLID)的划分数。
薄璧截面在厚度上最少有2个积分点，所以应用薄璧截面所得到的结果，对于材料非线性分析，应当是可接受的。
但是，在进行塑性分析时，对于实体截面的缺省格数可能需要改变。
下面是 ANSYS 生成的实体截面网格，以及用户可能希望用它们进行的分析类型。
图7-2 截面网格的类型7.3.3 用 BEAM44,BEAM188,BEAM189 单元模拟线模型在用 BEAM44、BEAM188、BEAM189 单元划分线实体前，要定义一些属性，包括：生成梁单元的材料设置属性点；要划分线的梁单元类型；以梁单元的轴向为基准的截面定位；参见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》§7.5.2；生成梁单元的截面号。
使用LATT命令将这些属性与选择的线实体关联：命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECIDGUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Lines其中：MAT--与所选择的尚未划分网格的线关联的材料号；TYPE--与所选择的尚未划分网格的线关联的类型号；KB--对应于模型中的关键点号。
所生成的梁单元的横截面按这样定向，梁的Z轴将位于由线的两端点和该关键点定义的平面；SECID--与SECTYPE命令定义的梁横截面相对应，截面号由SECNUM指定。
7.4 建立截面有两类梁截面：一般截面；自定义截面。
自定义截面可用标准的几何形状和单个材料来描述。
自定义截面可由任意几何形状定义，还可以包含若干各向同性材料。
7.4.1 使用梁工具生成通用横截面SECTYPE、SECDATA和SECOFFSET命令(Main Menu> Preprocessor>-Beam-Common Sectns)，都与GUI上的梁工具(BEAM TOOL)关联。
梁工具的样式取决于所选择的梁横截面子形状：图7-3 梁工具对话框(包括子类型下拉框)梁工具的顶部，是截面形状号(以及截面名)[SECTYPE]，中部是需要时定义截面偏移的信息[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子类型。
可以单击梁工具下的 Help 按钮获取所选截面的帮助信息。
在SECDATA命令描述中，也有对截面形状尺寸的说明。
7.4.2 通过用户定义网格建立自定义截面如果用户要定义不常用的截面，必须建立用户网格文件。
为了建立用户网格文件，首先要建立一个2D实体模型，然后用SECWRITE命令保存(Main Menu>Preprocessor> Sections> -Beam- Write Sec Mesh)。
下面讨论这一过程：1、建立所有的区域(Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-)。
2、把区域重叠(Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Overlap >Areas)，或粘合在一起(Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Glue>Areas)。