1 在ANSYS中如何顯示梁截面

　　通過(guò)輸入/eshape命令行即可.需要說(shuō)明的是，一般的梁桿單元都可以通過(guò)/eshape命令顯示截面，但是其截面均為根據(jù)輸入的實(shí)常數(shù)所換算出的等效矩形截面，只有諸如beam44之類的單元可以保存通過(guò)Sections定義的截面形狀并通過(guò)/eshape顯示出來(lái).

　　2 ANSYS中梁的鉸接處理

　　通常，梁?jiǎn)卧g通過(guò)公用節(jié)點(diǎn)使得相鄰的單元表現(xiàn)為固接形式，相當(dāng)于在公用節(jié)點(diǎn)處約束全部自由度，而對(duì)于鉸接的表現(xiàn)形式(約束平動(dòng)自由度和釋放轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)，可以通過(guò)在鉸接處建立2個(gè)keypoint，使得網(wǎng)格劃分時(shí)在1點(diǎn)存在2個(gè)重合節(jié)點(diǎn)，而后在2個(gè)節(jié)點(diǎn)處通Preprocessor>Coupling Ceqn>Couple DOFS指定所有平動(dòng)自由度相互耦合(釋放了轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)，這樣即可模擬鉸接.

　　3 ANSYS中梁?jiǎn)栴}的彎矩圖繪制

　　在用ANSYS分析梁?jiǎn)栴}時(shí)，無(wú)法通General Postproc>Plot Results>Contour Plot查看彎矩結(jié)果，但可以通過(guò)定義etable實(shí)現(xiàn).

　　首先需要明確想要查看的結(jié)果對(duì)應(yīng)于所使用單元的編號(hào)(help中各單元信息的Item and Sequence Numbers表格)，然后在General Postproe>Eiement Table中定義相應(yīng)的單元表，item為smisc，在箭頭所示框內(nèi)加入smisc中的項(xiàng)目編號(hào).注意help中的石，Y，z方向?yàn)閱卧植孔鴺?biāo).最后在General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Element Res中分別選擇I，J節(jié)點(diǎn)的elementtable，即可繪制彎矩圖.

　　4 ANSYS梁?jiǎn)栴}截面方向定義

　　在分析梁?jiǎn)栴}時(shí)，有時(shí)需要定義梁截面的方向，可以在Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes中定義，選擇其中的Pick Orientation Keypoint(S)，點(diǎn)擊確定后可以通過(guò)選擇Keypoint定義網(wǎng)格劃分后的截面方向.

　　5 使用完全積分單元時(shí)的剪力自鎖問(wèn)題及其解決方法

　　梁彎曲的基本特征見(jiàn)圖1.當(dāng)梁受彎時(shí)，軸向應(yīng)變?cè)诤穸确较?豎直方向)上呈線性變化，厚度方向上無(wú)應(yīng)變，也沒(méi)有剪應(yīng)變.如圖2所示，1階完全積分4節(jié)點(diǎn)四邊形單元彎曲時(shí)，軸向應(yīng)變通過(guò)積分點(diǎn)的水平長(zhǎng)度變化，厚度方向應(yīng)變通過(guò)積分點(diǎn)的垂直長(zhǎng)度變化，而剪應(yīng)變則是水平線與垂直線之間夾角的變化.單元中存在的剪應(yīng)變與實(shí)際情況明顯不符，這是由單元的數(shù)學(xué)描述而產(chǎn)生的.單元邊不能彎曲使得原本不存在的剪應(yīng)力出現(xiàn)，且使得單元變形表現(xiàn)為剪切變形而非彎曲變形，稱為剪力自鎖現(xiàn)象.

　　圖1 梁彎曲基本特征

　　圖2 完全積分單元剪力自鎖

　　剪力自鎖問(wèn)題只影響受彎曲載荷的完全積分線性單元，這些單元功能在受直接或剪切載荷時(shí)沒(méi)有問(wèn)題.只有能確定在所分析的模型中載荷只會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小彎曲時(shí)，才可以采用完全積分線性單元.如果載荷產(chǎn)生的位移中包含較大的彎曲部分或不能確定其類型，則應(yīng)該采用不同的單元類型.

　　由于2階單元的邊界可以彎曲(見(jiàn)圖3)，沒(méi)有剪力自鎖問(wèn)題，因此在分析一般問(wèn)題時(shí)較接近理論值.但是，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，完全積分二次單元也可能發(fā)生鎖死.此時(shí)需要采用其他的解決方法.

　　圖3 受彎曲的完全積分二次單元的變形

    (1)使用減縮積分單元；

    (2)使用擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)的單元，例如原來(lái)使用4節(jié)點(diǎn)四邊形單元，可改為8節(jié)點(diǎn)四邊形單元；

    (3)單元形狀盡可能規(guī)則，長(zhǎng)寬比、斜度、錐度以及翹曲等都應(yīng)得到控制以減少和避免自鎖

6 使用減縮積分單元時(shí)的沙漏現(xiàn)象及其解決方法

    減縮積分單元與完全積分單元相比，在每個(gè)方向上少用1個(gè)積分點(diǎn)，因而1階(線性)減縮積分單元只在單元中心有1個(gè)積分點(diǎn)．只有四邊形和六面體單元才能采用減縮積分，而所有其他四面體和三角形采用完全積分，然而這2類單元可以同時(shí)使用．采用減縮積分單元可以解決剪力自鎖問(wèn)題，然而減縮積分單元在使用中又會(huì)產(chǎn)生沙漏問(wèn)題．

    沙漏問(wèn)題是指減縮積分單元在彎曲時(shí)出現(xiàn)如圖4所示的形狀類似沙漏的不正常應(yīng)變，因而得名．這是因?yàn)閱卧谧冃螘r(shí)，通過(guò)積分點(diǎn)的水平和垂直線長(zhǎng)度以及兩者夾角均沒(méi)有變化，單元單個(gè)積分點(diǎn)上所有的應(yīng)力分布都為0．由于單元扭曲產(chǎn)生應(yīng)變能，所以這種彎曲的變形模態(tài)是零能量模式．在較粗的網(wǎng)格中，這種零能量模式可以通過(guò)網(wǎng)格擴(kuò)展，從而產(chǎn)生無(wú)意義的結(jié)果．

圖4 減縮積分單元的沙漏問(wèn)題

    如果分析對(duì)象中有多個(gè)此類單元沿厚度方向排列，則分析對(duì)象的變形情況計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5．在厚度方向上可測(cè)得正確的軸向應(yīng)變，剪應(yīng)變?yōu)?．因此，只要低階減縮積分單元足夠精細(xì)(在厚度方向至少4個(gè)單元)，可以用此類單元模擬彎曲問(wèn)題．

圖5 低階減縮積分單元模擬彎曲時(shí)變形情況的計(jì)算結(jié)果

    針對(duì)減縮積分單元沙漏問(wèn)題的解決方法如下：

    (1)使用完全積分單元；

    (2)控制減縮積分單元的尺寸，只要單元足夠精細(xì)，仍然可以保證準(zhǔn)確度；

    (3)使用非協(xié)調(diào)單元．