Ansys求解剪切锁定超弹性梁问题
Ansys求解剪切锁定超弹性梁问题
目的:比较关于剪切锁定的不同单元公式。
目标:使用三种单元公式求解梁的非线性分析: B-Bar、URI 和增强应变。模型描述:二维平面应变 PLANE182 单元,300mmx10mm 悬臂梁 (3 个).使用非线性超弹材料 (2 项Mooney-Rivlin)
1. 选择结构分析类型，单元选项：选 PLANE182 (四边形 4 节点)
在 Option 中有三个梁单元模型,与 3 个不同单元公式对应(B-Bar, URI 和增强应变)。Main Menu →Preprocessor →Element Type →Add/Edit/Delete …→选择“Type 1 PLANE182”→点击[Options] →验证单元选项, 然后点击[OK]→对单元类型 2 和 3 重复操作→选择[Close]
提示:
单元类型 1 应选择“Full Integration”, 即 B-Bar 方法。
单元类型 2 应选择“Reduced Integr”, 即 URI 公式。
单元类型 3 应选择“Enhanced Strain”公式。
2. 添加非线性超弹性材料特性
Main Menu →Preprocessor →Material Props →Material Models …→选择“Structural →Nonlinear→Elastic →Hyperelastic → Mooney-Rivlin → 2 parameters”→“C10”输入“8”→“C01”输入“2”→“d”输入“2e-4”→点击 [OK]→选择“Material → Exit”
提示:将比较使用超弹性材料特性的三种单元公式。
3．建立几何体并划分网格
建三个个矩形：Width=0.3m，Height=0.01m 划分网格:沿 x 方向，划分数=40，沿 y 方向，划分数=5
划分网格
这里需要注意，给每个几何面分配不同的单元类型
Main Menu: Preprocessor →Meshing → Mesh Tool → Element Attribute → Areas → Set → 选取相应的几何面 → OK → TYPE →分别选择不同的单元类型1/2/3
Main Menu: Preprocessor →Meshing → Mesh Tool → Size controls → Lines → Set，分别选中上边和左边，OK，NDIV填40或5，OK，
mesh，完成。
4 指定非线性分析的求解选项。
Main Menu→Solution→Analysis Type→Static →Sol’n Control …→选择“Analysis Options”下的“Large Displacement Static”→“Number of substeps”输入“10”→“Max no. of substeps”输入“1e3”→“Min no. of substeps”输入“1”→点击 [OK]
提示:如果想检查中间结果(例如画出力-挠度响应曲线), 可存储所有子步的输出。
2）每个梁的端部被约束。完全约束端部的所有自由度会使模型趋于过分约束, 因此约束每个梁 X=0 处的所有 UX 和底部 UY 。施加的剪切载荷是作用于 SURF153 表面效应单元面 2 上的压力，该 0.01单位压力将作为一个随动力, 总是与梁的端部相切。
提示：施加表面效应单元之前，要在前处理加上SURF152单元，并在梁端面创建面单元，此处不赘述。
5 查看结果
变形结果
查询 Y 向位移结果
Main Menu → General Postproc → Query Results →Subgrid Solu …→选择左侧“DOF Solution”, 然后选择右侧的“Translation UY”→
点击 [OK]→用拾取光标, 选择梁顶部的任意一个节点。
检查 von Mises 应力结果
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弹性模量与抗压强度关系
弹性模量验证及其与抗压强度关系 为了验证SCIT 所研发技术和设备（混凝土多功能检测仪（SCE-MATS ））的测试精度、测试效率和适用范围，本项目组或合作伙伴（包括清华大学、中国水利水电科学研究院、冶金建筑研究设计总院等）做了较多数量的验证试验。验证结果表明，本技术的测试精度和测试效率均已达到了实用水平。 混凝土的弹性模量不仅影响到桥梁的变形，而且也是反映混凝土质量、耐久性的重要指标。本技术体系的基础来源于SCIT 创始者在日本10余年的技术积累。同样，在混凝土弹性模量方面也积累了相当的验证数据。此外，我们在国内不同单位也进行了弹性模量验证试验。 图1 混凝土弹性模量验证结果图 从图中可以看出： 1） 测试精度高：本系统测出的Ec/Ed 与现行方法测出的值的之间的标准偏差小于 5%； 2） 适用范围广：不仅适合于试件（棱形、圆柱），还可以适合于现场结构。 混凝土强度是混凝土最重要的性能指标，本技术可以方便并且较高精度地测试混凝土结构的强度。但是，强度反映的是材料破坏时的承载力，因此难以用无损检测的方法进行测试。但是，对于配合比相对类似的混凝土，其弹性模量与抗压强度之间有很好的相关关系。因此，根据前述直接测试的弹性模量和标定的弹性模量～抗压强度关系，可以间接地推算混凝土的抗压强度。 为此，我们与合作伙伴一道，也在国内外十数个工程，分别对混凝土试件（包括标准立方体、棱柱体、圆柱体等）和构件（采用钻孔取芯验证）进行了弹性模量（由前述的弹性波波速计算）～抗压强度关系的研究。 研究结果表明： 1） 对于普通配比的混凝土结构或试件，由单面反射法得到的弹性模量c E ～抗压强 度c S 之间有非常良好的相关关系即： 2.9317 0016.0c c E S
弹性力学ansys分析
图1为一个承受内压的薄板，在其中心位置有一个小圆孔，相关的结构尺寸参考图1所示。 材料属性：弹性模量E=2e11Pa，泊松比为0.3。 拉伸载荷为：q=3000Pa。 平板的厚度为：t=0.01mm。 通过简单力学分析，该问题属于平面应力问题，又因为平板结构的对称性，所以只要分析其中的1/4即可，如图2所示。 图1 板的结构示意图图2 有限元分析见图 一、前处理 （1）定义工作文件名：Utility Menu> Jobname，弹出如图3所示的Change Jobname 对话框，在Enter new Jobname后面的输入栏中输入Plate，并将New Log and error files复选框选为yes，单击OK。
图3 定义工作文件名对话框 （2）定义工作标题：Utility Menu> Title，在出现的对话框中输入The Analysis of Plate Stress with small Circle，单击OK。 图4 定义工作标题对话框 （3）重新显示：Utility Menu>Plot>Replot。 （4）关闭三角坐标符号：Utility Menu>PlotCtrls>Window Controls>Window options，弹出一个对话框，在Location of triad 后面的下拉式选择框中，选择Not Shown，单击OK。 （5）选择单元类型：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，又弹出如图5所示的Library of Element Types对话框，在选择框中分别选择Structural Solid和Quad 8node 82，单击OK，然后单击Close。
弹性地基梁法(“m”法)公式以及地下连续墙计算书
根据上海市标准《基坑工程设计规程》的规定，在施工临时工况下，地下连续墙的计算采用规范推荐的竖向弹性地基梁法(“m ”法)。弹性地基梁法取单位宽度的挡土墙作为竖向放置的弹性地基梁，支撑简化为与截面积、弹性模量、计算长度有关的弹簧单元，如图1为弹性地基梁法典型的计算简图。 图1 竖向弹性地基梁法计算简图 基坑开挖面或地面以下，水平弹簧支座的压缩弹簧刚度H K 可按下式计算： h b k K h H ..= z m k h .= 式中，H K 为土弹簧压缩刚度(kN/m)；h k 为地基土水平向基床系数(kN/m 3)；m 为基床系数的比例系数；z 为距离开挖面的深度；b 、h 分别为弹簧的水平向和垂直向计算间距(m)。 基坑内支撑的刚度根据支撑体系的布置和支撑构件的材质与轴向刚度等条件有关，按下式计算： B L A E K ....2α= 式中：K ——内支撑的刚度系数(kN/m/m)； α——与支撑松弛有关的折减系数，一般取0.5～1.0；混凝土支撑或钢支撑施加预压力时，取1.0； E ——支撑构件材料的弹性模量(kN/m 2)； A ——支撑构件的截面积(m 2)； L ——支撑的计算长度(m)； S ——支撑的水平间距(m)。 （2）水土压力计算模式 作用在弹性地基梁上的水土压力与土层分布以及地下水位有关系。水土压力计算采用水土分算，利用土体的有效重度和c 、?强度指标计算土压力，然后叠加水压力即得主动侧的水
土压力。土的c 、?值均采用勘察报告提供的固结快剪指标，地下连续墙变形、内力计算和各项稳定验算均采用水土分算原则，计算中地面超载原则上取为20kPa 。基坑周边地下连续墙配筋计算时分项系数取1.25。 ①土压力计算： 墙后主动土压力计算采用朗肯土压力计算理论，主动土压力强度（kPa ）计算公式如下： a a i i a K c K h r q p 2)(-+=∑ 其中，i r 为计算点以上各土层的重度，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取水下重度； i h 为各土层的厚度； a K 为计算点处的主动土压力系数，)2 45(tan 2φ-= a K ； φ,c 为计算点处土的总应力抗剪强度指标。 按三轴固结不排水试验或直剪固快试验峰值强度指标取用。 ②水压力计算：作用在支护结构上主动土压力侧的水压力在基坑内地下水位以上按静水压力三角形分布计算；在基坑内地下水位以下水压力按矩形分布计算(水压力为常量)，并不计算作用于支护结构被动土压力侧的水压力，见下图所示。其中， w h ?为基坑内外水位差，w r 为水的重度，取为10kN/m 3。 图2 静水压力分布模式
ansys各种结构单元介绍
一、单元分类 MP - ANSYS/Multiphysics DY - ANSYS/LS-Dyna3D FL - ANSYS/Flotran ME - ANSYS/Mechanical PR - ANSYS/Professional PP - ANSYS/PrepPost ST - ANSYS/Structural EM - ANSYS/Emag 3D ED - ANSYS/ED
LINK1 —二维杆单元 单元描述： LINK1单元有着广泛的工程应用，比如：桁架、连杆、弹簧等等。这种二维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动。就象在铰接结构中的表现一样，本单元不承受弯矩。单元的详细特性请参考理论手册。三维杆单元的描述参见LINK8。 下图是本单元的示意图。 PLANE2 —二维6节点三角形结构实体单元 单元描述： PLANE2是与8节点PLANE82单元对应的6节点三角形单元。单元的位移特性是二次曲线，适合于模拟不规则的网格（比如由不同的CAD/CAM系统得到的网格）。 本单元由六个节点定义，每个节点有2个自由度：沿节点坐标系x、y 方向的平动。本单元可作为平面单元（平面应力或平面应变）或者作为轴对称单元使用。本单元还具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。详细特性请参考理论手册。 下图是本单元的示意图。
BEAM3二维弹性梁单元 BEAM3是一个轴向拉压和弯曲单元，每个节点有3个自由度：沿节点坐标系x、y方向的平动和绕z轴的转动。单元的详细特性请参考理论手册。其它的二维梁单元是塑性梁单元（BEAM23）和变截面非对称梁单元（BEAM54)。 下图是本单元的示意图。 BEAM4三维弹性梁单元 单元描述： BEAM4是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，每个节点有6个自由度：沿节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。本单元具有应力刚化和大变形功能。在大变形（有限转动）分析中允许使用一致切线刚度矩阵选项。本单元的详细特性请参考理论手册。变截面非对称弹性梁单元的描述参见BEAM44，三维塑性梁单元的描述参见BEAM24。
第七章 ansys梁单元分析和横截面形状
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 PRSSOL MainMenu>GeneralPostproc>ListRes ults> SectionSolutionUtilityMenu> List>Results>SectionSolution 打印梁截面结果 (BEAM44不支持) SECTYP E MainMenu>Preprocessor>Sections>- Beam-CommonSectnsMainMenu> Preprocessor>Sections>-Beam-Cust omSectns>ReadSectMesh 用SEID关联截面子类 型 SECDAT A MainMenu>Preprocessor>Sections>- Beam-CommonSectns 定义截面几何数据 SECOFF SET MainMenu>Preprocessor>Sections>- Beam-CommonSectnsMainMenu> Preprocessor>Sections>-Beam-Cust omSectns>ReadSectMesh 定义梁截面的截面偏 离 SECCON TROLS MainMenu>Preprocessor>Sections>- Beam-Add/Edit 覆盖程序计算的属性 值 SECNUM MainMenu>Preprocessor>-Attribute s-Define>DefaultAttribsMainMenu> Preprocessor>-Modeling-Create>El ements>ElemAttributes 识别关联到一个单元 的SECID
弹性地基梁计算模型的选择
pkpm弹性地基梁5种模式的选择 pkpm弹性地基梁结构在进行计算时，程序给出了5种计算模式，现对这5种模式的计算和选择进行一些简单介绍。⑴按普通弹性地基梁计算：这种计算方法不考虑上部刚度的影响，绝大多数工程都可以采用此种方法，只有当该方法时基础设计不下来时才考虑其他方法。⑵按考虑等代上部结构刚度影响的弹性地基梁计算：该方法实际上是要求设计人员人为规定上部结构刚度是地基梁刚度的几倍。该值的大小直接关系到基础发生整体弯曲的程度。而上部结构刚度到底是地基梁刚度的几倍并不好确定。因此，只有当上部结构刚度较大、荷载分布不均匀，并且用模式1算不下来时方可采用，一般情况可不用选它。⑶按上部结构为刚性的弹性地基梁计算：模式3与模式2的计算原理实际上最一样的，只不过模式3自动取上部结构刚度为地基梁刚度的200倍。采用这种模式计算出来的基础几乎没有整体弯矩，只有局部弯矩。其计算结果类似传统的倒楼盖法。该模式主要用于上部结构刚度很大的结构，比如高层框支转换结构、纯剪力墙结构等。⑷按SATWE或TAT的上部刚度进行弹性地基架计算：从理论上讲，这种方法最理想，因为它考虑的上部结构的刚度最真实，但这也只对纯框架结构而言。对于带剪力墙的结构，由于剪力墙的刚度凝聚有时会明显地出现异常，尤其是采用薄壁柱理论的TAT软件，其刚度只能凝聚到离形心最近的节点上，因此传到基础的刚度就更有可能异常。所以此种计算模式不适用带剪力墙的结构。另外，设计人员在采用《JCCAD 用户手册及技术条件》附录C中推荐的基床反力系数K时，该值已经包含上部刚度了，所以没有必要再考虑一次。⑸按普通梁单元刚度的倒楼盖方式计算：模式5是传统的倒楼盖模型，地基梁的内力计算考虑了剪切变形。该计算结果明显不同与上述四种计算模式，因此一般没有特殊需要不推荐使用。
粉煤灰对混凝土强度及弹性模量值的影响
3.5 错台处治 对于完好的混凝土板与板之间发生错台，处治方法为采用压浆抬板并辅以磨平法。对于板块因脱空下沉，在压浆完毕弯沉检测满足其要求后，仍有错台的板块采用磨平机磨平（对高差小于10mm的错台，直接用磨平机磨平；对大于10mm的错台，借助人工将高出的错台板基本凿平，然后再用磨平机磨平。），从错台最高点开始向四周扩展，边磨边用 3m直尺找平，直至相邻两块板齐平为止。磨平后，将接缝内杂物清除干净，并吹净灰尘，及时用聚氨酯填缝料填缝。 3.6 接缝维修 对于纵横向接缝填缝料采用填缝料进行重新灌缝处理；灌缝时将缝内碎屑及杂物用勾子清除，并将专用填缝料灌入缝内。 3.7 混凝土板块病害处治合格的标准 经过对混凝土板块病害的处理后，砼的弯拉强度不低于5MPa；采用落锤式弯沉仪FWD逐板检测板角处的弯沉，满足不同荷载下弯沉曲线的截距小于 30mm、单点弯沉小于0.14mm，相邻板块的弯沉差小混凝土路面结构内部。 4.2 加铺层材料选择 沥青的添加剂、改性剂伴随着沥青在道路工程 上的使用而逐渐发展起来，现在市场上有各种各样 的添加剂、改性剂来有针对性地改善沥青的各种性 能。如纤维就是一种典型的已经证明能有效抑制反 射裂缝的添加剂，它可以提高沥青混合料的抗拉强 度从而减少反射裂缝。 罩面层常采用的已经证明对抑制反射裂缝有良 好效果的改性沥青有橡胶改性沥青、SBS改性沥青 等。由于橡胶沥青当时在省内没有生产成规模、质 量较稳定的橡胶沥青厂家，因此采用SBS改性沥青。 同时采用改性沥青和纤维的沥青玛蹄脂碎石SMA 性能优良，不但具有良好的高温稳定性具有良 好的抗反射裂缝能力。因此经过综合比较，三环路 采用SBS改性沥青玛 蹄脂碎石SMA作为路面抗滑表 层 4.3 加铺层厚度设计 我国现行规范并没用白改黑加铺层厚度设计内 容。根据国内外使用经验，较厚的加铺层厚度能减 轻反射裂缝的产生。 沥青面层厚度对防治或减轻反射裂缝的原因有 两点： （1）沥青面层越厚，原水泥混凝土面板的温缩 应力将减小； （2）反射裂缝通过较厚的沥青面层需要较长的 时间。 但较厚的沥青面层需要花费较高的费用，且根 据国内外的研究资料来看，仅仅依靠增加罩面层厚 度来防治反射裂缝的尝试仅部分成功，且最少厚度 必须在15cm以上才有明显效果[6]。对于我国超载情 况较严重的实际情况，单靠增 加沥青层厚度来防治“白加黑”水泥面板的反射裂 缝显然是不现实的。因此，三环路加铺层厚度的设 计根据交通荷载、提高路面平整度以及抗反射裂缝 的要求综合确定采用10cm沥青混凝土加铺层。 粉煤灰对混凝土强度及弹性模量值的影响 达生润 （四川济通水运公路工程检测有限责任公司成都610225） 【摘 助。 要】通过分析粉煤灰对混凝土强度及弹性模量值的影响，为优化混凝土配合比提供一定的帮 【关键词】混凝土强度；弹性模量；粉煤灰；掺量 性模量的影响。 在水胶比及其他因素不变的情况下，调整粉煤 灰掺量，用以判断粉煤灰对混凝土强度和混凝土弹 性模量的影响。 根据试验方案设计配合比进行数据收集见表1。 表1 设计配合比汇总表 0前言 伴随科学技术的发展，工程技术和各种社会需求 也不断增长，工程中使用的混凝土除了保证工程质量 以外，还要追求较高的经济价值和实用性。这样，多 组分混凝土在实际生产过程中的应用也越来越普及。 现代工程施工中的混凝土主要以强度，坍落度作为控 制指标外，经常还需要规定混凝土的抗渗、抗冻、以 及弹性模量值。在计算钢筋混凝土的变形，裂缝扩展 及大体积混凝土的温度应力时，施工单位都需要准确 了解对应混凝土的弹性模量值。在施工过程中，也经 常出现混凝土强度达到设计要求而弹性模量偏低，使 混凝土构件变形较大而不能正常使用，导致混凝土结 构失衡而发生工程质量事故。本文主要讨论粉煤灰对 混凝土强度及混凝土弹性模量的影响。 4加铺沥青面层施工 沥青罩面层的厚度一般根据交通量的情况取 5cm及以上。由于水泥混凝土面板强度较高，作为基层路面的结构强度一般能满足要求，关键是如何防止沥青加铺层产生反射裂缝。 4.1 应力吸收中间层 在水泥面板处治合格后考虑设置抗反射裂中间层材料。常见的有各类土工类材料，用于防止反射裂缝实际工程中的效果报道相差较大，从没有效果，甚至因为使用不当造成水损坏等反作用，到效果优越的都有报道。因此使用这类材料时应根据具体的裂缝病害选择合适的材料，在施工中应认真细致，不要造成材料的卷起或不平，特别是土工布类材料使用时候要让沥青浸透，否则还会起到相反的效果。 根据历史资料及使用经验，三环路选择采用橡胶沥青同步碎石应力吸收层作为盈利吸收层使用，这种结构具有优良的柔韧性和粘结性，可抑制和减缓水泥混凝土路面接缝引起的反射裂缝，同时也是一层优良的防水层，可以有效地防止路表水分渗入 1 1.1 试验情况及其设计原理 原材料 水泥：广西东泥股份有限公司生产的P.0 42.5各 2试验数据分析 根据设计试验方案收集整理出的数据见表2。 表2 不同实验方案混凝土的力学性能指标汇总表 项技术指标均符合国家标准的规定。 细骨料：田阳那坡镇机制砂场生产的机制砂， 细度模数2.8。 粗骨料：可袍采石场山碎石，5~31.5mm连续级 配。粉煤灰：广西田东创源股份有限公司生产 的F类 粉煤灰。 搅拌方式：采用120型生产用强制式搅拌机。 1.2 试验方案 在粉煤灰掺量及其他因素不变的情况下，调整 水胶比，用以判断粉煤灰对混凝土强度和混凝土弹 5结束语 三环路路面整治工程于2011年6月27日开 始，于 同年9月20日结束，施工仅用了不足3个月的时 间。 通过各种性能指标的检测，取得（下转第34 序号 1d抗压 强度代表 值(MPa) 3d抗压 强度代表 值(MPa) 7d抗压 强度代表 值(MPa) 28d抗压 强度代表 值(MPa) 28d弹性 模量代表 值(MPa) 56d抗压 强度代表 值(MPa) 90d抗压 强度代表 值(MPa) A17.3011.3715.4925.563422325.6828.03 B17.3011.2618.1626.613528436.2639.51 C114.1021.2126.8933.063832644.2543.85 A2 4.907.1010.5618.503037522.7924.70 B2 5.809.9113.3225.703330727.9837.39 C211.3017.5022.2733.303808940.2041.96 A3 3.60 5.959.0516.252953920.9623.77 B3 5.507.9913.2025.282900730.8436.05 C38.3013.0417.9233.133745435.0040.05 序号 设计 标准 水泥用 量(kg) 粉煤灰 用量(k g) 粉煤灰 参量(%) 细集料 用量(k g) 粗集料 用量(k g) 水用量 (kg) 水胶比 A1C20266662077711201780.54 B1C30317792076410561930.49 C1C40349872073210551860.43 A2C202321003077711201780.54 B2C302771193076410561930.49 C2C403051313073210551860.43 A3C201991334077711201780.54 B3C302381584076410561930.49 C3C402621744073210551860.43
ANSYS_Beam188单元应用
Beam188/189单元基于Timoshenko梁理论（一阶剪切变形理论：横向剪切应变在横截面上是常数，也就是说，变形后的横截面保持平面不发生扭曲）而开发的，并考虑了剪切变形的影响，适合于分析从细长到中等粗细的梁结构。该单元提供了无约束和有约束的横截面的翘曲选项。 Beam188是一种3D线性、二次或三次的2节点梁单元。Beam189是一种3D二次3节点梁单元。每个节点有六个或者七个自由度，包括x、y、z 方向的平动自由度和绕x、y、z 轴的转动自由度，还有一个可选择的翘曲自由度。该单元非常适合线性、大角度转动或大应变非线性问题。 beam188的应力刚化选项在任何大挠度分析中都是缺省打开的，从而可以分析弯曲、横向及扭转稳定问题(进行特征值屈曲分析或（采用弧长法或非线性稳定法）破坏研究)。 Beam188/beam189单元支持弹性、塑性，蠕变及其他非线性材料模型。这种单元还可以采用多种材料组成的截面。该单元还支持横向剪力和横向剪应变的弹性关系，但不能使用高阶理论证明剪应力的分布变化。下图是单元几何示意图：该单元的几何形状、节点位置、坐标体系和压力方向如图所示，beam188 由整体坐标系的节点i 和j 定义。 对于Beam188梁单元，当采用默认的KEYOPT(3)=0，则采用线性的形函数，沿着长度用了一个积分点，因此，单元求解量沿长度保持不变；当KEYOPT(3)=2，该单元就生成一个内插节点，并采用二次形函数,沿长度用了两个积分点，单元求解量沿长度线性变化；当KEYOPT(3)=3，该单元就生成两个内节点，并采用三次形函数,沿长度用了三个积分点，单元求解量沿长度二次变化； 当在下面情况下需要考虑高阶单元内插时，推荐二次和三次选项： 1）变截面的单元； 2）单元内存在非均布荷载（包含梯形荷载）时，三次形函数选项比二次选项提供更好的结果。（对于局部的分布荷载和非节点集中荷载情况，只有三次选项有效）； 3）单元可能承受高度不均匀变形时。（比如土木工程结构中的个别框架构件用单个单元模拟时） Beam188单元的二次和三次选项有两个限制： 1）虽然单元采用高阶内插，但是beam188的初始几何按直线处理； 2）因为内节点是不可影响的，所以在这些节点上不允许有边界（或荷载或初始）条件。
ANSYS分析报告
《大型结构分析软件的应用及开发》 学习报告 学院：建筑工程学院 专业班级：工程力学141 姓名：付贤凯 指导老师：姚激 学号：201411012111
1．模型介绍 如下图所示的一桁架结构，受一集中力大小为800N的作用，杆件的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。杆件的截面为正方形达长为1m，横截面面积为1m2。现求它的变形图与轴力图。 图1 桁架模型与受力简图（单位：mm） 2．建模与划分网格 利用大型有限元软件ANSYS，采用Link，2Dspar 1的单元进行模拟，通过网格的划分得到如图2所示的有限元模型。 图2 有限元模型
结合有限元模型中的约束条件为左侧在X与Y方向铰支固定，荷载条件为最右侧处施加向下的集中力P=800N。施加约束与荷载后的几何模型如图4所示。 图3 施加荷载与约束的几何模型 3．位移与轴力图 因在Y方向受力，所以主要做Y方向的位移图，又因为杆件在轴线方向有变形，故在X 方向仍有一定的位移。则图5为变形前后的板件形状。图6为模型沿Y方向的位移图，图7为模型沿X方向的位移图，图8为模型的总位移图。 图4 桁架变形前后形状图
图5 Y方向位移图 图6 X方向位移图
图7总位移图 分析所有的位移图可以看出从以看出左端变形最小，为零，右端变形最大。从总位移图可以看出最大的位移在左下点处，大小为0.164×10?5m。从X方向位移图可以看出，左下点处在X方向位移最大为0.36×10?6。从Y方向位移图可以看出最大位移在左下点处为0.164×10?5。都符合实际情况，图9为模型的轴力图。 图8 轴力图
ansys梁单元
当一个结构构件的一个方向尺寸远远大于另外两个方向的尺寸时，3D构件就可以理想化为1D构件以提高计算效率。这样的单元有两类：以承受轴向拉压作用为主的杆单元，和承受弯曲作用为主的梁单元。 ANSYS提供的单元类型中共有9种梁单元，分别为BEAM3, BEAM4, BEAM23, BEAM24, BEAM44, BEAM54, BEAM161, BEAM188, BEAM189。在结构分析中常用的是BEAM4和BEAM188或BEAM189这三中梁单元。 BEAM4单元 1.BEAM4单元是一种具有拉压弯扭能力的3D弹性单元。每节点6个自由度。 2.BEAM4单元的定义包括：几何位置的确定，单元坐标系的确定，截面特性 的输入。 BEAM4单元包含两个节点(i，j)或三个节点(i，j，k)，k为单元的方向节点；单元的截面特性用实常数(REAL)给出，主要包括截面(area)，两个 方向的截面惯性矩(IZZ)和(IYY)，两个方向的厚度(TKY和TKZ)，相对单元坐标系x轴的方向角(THETA)，扭转惯性矩(IXX)。其中惯性矩，厚度，方向角都是在单元坐标系下给出的。 3.BEAM4单元坐标系的方向确定如下：单元坐标系X轴由节点i，j连线方 向确定由i指向 j；对于两节点确定的BEAM4单元，若方向角theta=0，则单元坐标系y轴默认平行于整体坐标系的x-y平面；若单元坐标系x 轴与整体坐标系z轴平行，则单元坐标系y轴默认平行整体坐标系的y 轴，z轴由右手法则判定；若用户希望自己来控制单元绕单元坐标系x轴的转动角，则可以通过方向角theta或第三个节点k来实现，i，j，k 确定一个平面，单元坐标系的Z轴就在该平面内。 可以用下列命令查看单元坐标系及截面： /ESHAPE, 1 /PSYMB, ESYS 说明：在指定网格划分属性时，可将某一关键点作为方向点属性赋予所需划分的线，这样就生成包含3个节点的梁单元。(具体见后面) 4.单元压力荷载(pressure)的施加比较特殊。只能用SFBEAM命令来实现， 通过其他方式施加荷载都是无效的，其中LKEY为荷载方向号。 5.beam4单元应力输出：包括轴向正应力，弯曲应力，两者的合应力。 命令：PRESOL，ELEM GUI：LIST RESULT〉ELEM SOLUT〉LINEELEM RESULT
混凝土静力受压弹性模量试验检测细则
1.适用范围、检验参数及技术标准 1.1适用范围 普通混凝土、轻骨料混凝土 1.2检验参数 混凝土静力受压弹性模量 1.3技术标准 GB/T 50081-2002 《普通混凝土力学性能试验方法》 2.检测环境 1.1 实验室制作混凝土试件及静置时间，温度应保持在20℃±5℃。 1.2 混凝土力学性能试件标准养护条件：温度20℃±2℃，相对湿度95%以上。 1.3 混凝土抗压、混凝土抗折试验环境温度：10℃~35℃。 3.检测设备 压力试验机（DY2008型），量程为0.2000KN，最小分度值为±1%。 微变型测量仪（），最小分度值0.001mm。 4.试样数量、代表批量 见表1。 5.1混凝土静力受压弹性模量试验 5.1.1设备、标准、环境检查 检查核对所需设备正常与否，必要时做记录； 检查核对产品标准和试验方法标准，并记录； 记录环境温度，并记录。 5.1.2试件制备、检查 5.1.2.1试件制备
试件制备依据标准：GB/T 50081-2002。 环境条件：混凝土拌合、试件成型及静置期间试验室的温度应保持在20℃±5℃。 试件制备的细节，注意事项： a.混凝土力学性能试验应以三个试件为一组，每组试件所用的拌合物应从同一盘混凝土中取样。 b.成型前，应检查试模尺寸并符合GB/T 50081-2002中的技术要求的规定；试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。 c.在实验室拌制混凝土时，其材料用量应以质量计，称量的精度：水泥、掺和料、水和外加剂为±0.5%；骨料为±0.1%。 d.取样或实验室拌制的混凝土应在拌制后尽短的时间内成型，一般不宜超过15min。 e.根据混凝土拌合物的稠度确定混凝土成型方法，坍落度不大于70mm的混凝土宜用振动振实；大于70mm的宜用捣棒人工捣实；检验现浇混凝土或预制构件的混凝土，试件成型方法宜与实际采用的方法相同。 f.取样或拌制好的混凝土拌合物应至少用铁锹再来回拌合三次。 g.按5.1.2.1e的规定，选择成型方法成型。 1）用振动台振实制作试件应按下述方法进行： ⅰ.将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口； ⅱ.试模应附着或固定在符合GB/T 50081-2002第4.2节要求的振动台上，振动时试模不得有任何跳动，振动应持续到表面出浆为止，不得过振。 2）用人工插捣制作试件应按下述方法进行： ⅰ.混凝土拌合物应分两层装入模内，每层的装料厚度大致相等； ⅱ.插捣应按螺旋方向从边缘向中心均匀进行。在插捣底层混凝土时，捣棒应达到试模底部；插捣上层时，捣棒应贯穿上层后插入下层20~30mm；插捣时捣棒应保持垂直，不得倾斜。然后应用抹刀沿试模内壁插拔数次； ⅲ.每层插捣次数按在100002 mm截面积内不得少于12次； ⅳ.插捣后应用橡皮锤轻轻敲击试模四周，直至插捣棒留下的空洞消失为止。
ANSYS梁单元的选择
ANSYS中有七八种梁单元，它们的特点和适用范围各不相同。了解这些单元之间的异同，有助于正确选择单元类型和得到较为理想的计算结果。 梁是一种几何上一维而空间上二维或三维的单元，主要用于模拟一个方向长度大于其它两方向的结构形式。也就是说，主要指那些细长、像柱子一样的结构，只要横截面的尺寸小于长度尺寸，就可以选用梁单元来模拟（这在一定意义上和壳单元在一个方向上比另外两个方向都薄原理相似）。通常来讲，横截面尺寸需要小于长度的1/20或1/30，这里的长度是指两支撑点间的物理意义上的距离。梁单元本身可以进行任意的网格划分，且不支配梁理论的适用性；反过来，就像刚才提到的那样，物理尺寸和特性将决定选择哪种单元更为合适。 有两种基本的梁单元理论：铁木辛格（剪切变形）理论和欧拉-伯努力理论。ANSYS 中的如下单元是基于欧拉-伯努力梁理论： 1.2D/3D elastic BEAM3/4 2.2D plastic BEAM23 3.2D/3D offset tapered,unsymmetric BEAM54/44 4.3D thin-walled,plastic BEAM24 欧拉-伯努力梁理论建立在如下假定的基础上： 1.单元形函数为Hermitian多项式，挠度是三次函数； 2.弯矩可以线性改变； 3.不考虑横截面剪切变形； 4.扭转时截面不发生翘曲； 5.只具有线性材料能力（部分单元BEAM23/24具有有限的非线性材料能力）； 6.非常有限的前后处理能力（除了BEAM44）。 ANSYS中有两种梁单元（BEAM188和BEAM189）是基于铁木辛格（剪切变形）理论，这种梁理论主要建立在如下假定基础上： 1.单元形函数为拉格朗日插值多项式，具有线性或二次的位移函数； 2.横向剪应力沿厚度方向为常数（一阶剪切变形梁单元）； 3.可以模拟自由或约束扭转效应； 4.支持丰富的模型特性（塑性和蠕变）； 5.强大的前生处理能力。 使用中需要注意： （1）铁木辛格（剪切变形）理论是基于一阶剪切变形理论的，它不能准确地求解短粗梁，因此，ANSYS在帮助里指出该类型梁的适用范围是：GAl2/EI>30，对于那些高跨比较大的梁应选用实体单元求解； （2）ANSYS中2结点的铁木辛格（剪切变形）单元BEAM188对网格密度的依赖性较强，选用时单根构件单元数应不小于5或不小于3，并且打开KEYOPT(3)，否则误差会较大。
弹性力学与有限元法分析及实例讲解
弹性力学与有限元法分析 弹性力学是固体力学的一个重要分支，是研究弹性固体在受外力作用、温度改变、边界约束或其他外界因素作用下而发生的应力、形变和位移状态的科学。有限单元法是力学、数学、物理学、计算方法、计算机技术等多种学科综合发展和结合的产物，是随着计算机技术的广泛应用而迅速发展起来的一种数值分析方法。有限元法的基本思想就是化整为零，分散分析，再集零为整。即用结构力学方法求解弹性力学问题，实质是将复杂的连续体划分为有限多个简单的单元体，单元体之间仅仅通过结点相连，实现化无限自由度问题为有限稀有度问题，将连续场函数的（偏）微分方程的求解问题转化为有限个参数的代数方程组的求解问题。 有限元方法经过近半个世纪的发展，目前已经成为各种工程问题特别是结构分析问题的标准分析方法，而有限元软件也已成为现代结构设计中不可缺少的工具。有限元软件是有限元理论通向实际工程应用的桥梁，它的应用极大地提高了力学学科解决自然科学和工程实际问题的能力，进一步促进了有限元方法的发展。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，广泛用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、造船、水利等一般工业及科学研究。 ANSYS软件的组成： （一）前处理模块 该模块为用户提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，可以方便的构造有限元模型，软件提高了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。包括： 1.实体建模：参数化建模，布尔运算及体素库，拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等。 2.自动网格划分，自动进行单元形态、求解精度检查及修正。 3.在集合模型上加载：点加载、分布载荷、体载荷、函数载荷。 4.可扩展的标准梁截面形状库。 （二）分析计算模块 该模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。 （三）后处理模块 将计算结果以彩色等值线、梯度、矢量、粒子流、立体切片、透明及半透明等图形方式显示出来，也可以用图表、曲线形式显示或输出。 由于现在只是对ANSYS工程软件有初步的了解和掌握，所以本次作业仅以（1）结构静力学分析为例，运用ANSYS软件对汽车连杆进行受力分析；（2）
碎石压碎值指标对混凝土抗压强度和弹性模量的影响
2016年第3期广东公路交通_ Guangdong Highway Communications 总第144期文章编号：1671 -7619(2016)03 -0047 -04 碎石压碎值指标对混凝土抗压强度 和弹性模量的影响 曾春霞\陈景波2,邓温悌2 (1.广州诚安路桥检测有限公司，广州510420; 2.广东华路交通科技有限公司，广州510420) 摘要：随着交通建设的发展，混凝土结构仍然是基础建设中主要的建筑形式，而组成混凝土的主要材料之一是 碎石。通过试验的方式探讨不同压碎值的碎石对混凝土抗压强度和弹性模量的影响。 关键词：混凝土；碎石压碎值；抗压强度；弹性模量 中图分类号：U444 文献标识码：B 〇引百 随着交通建设的发展，混凝土作为主要的建 筑材料，需求量越来越大，特别是桥涵各部位混 凝土设计强度标准较以前都有所提高，这就意味 着普通混凝土和高强混凝土将越来越多地应用 于桥涵结构。碎石作为组成混凝土的主要材料之一，其压碎值的大小到底对普通混凝土和高强 混凝土产生怎样的影响，值得深入研究。 本文主要以目前桥涵结构物C35 ~ C50强度 作为试验基础，选取不同压碎值的碎石进行配合 比设计，比较分析不同压碎值碎石对普通混凝土和高强混凝土在强度和弹性模量方面的影响。 1相同岩性不同压碎值碎石对混凝土抗压 强度的影响 选取某项目附近的华强石场及松宝石场生产 的碎石（花岗岩）进行C35配合比试验，两种碎石 的压碎值试验方法均为《公路工程集料试验规程》(JTG E42 - 2005 )(下称：《规程》（2005 ))中的 T0316 - 2005。其它材料相同，水泥为塔牌P. 0 42.5，砂为中砂，外加剂为广东强仕邛-23(]。配 比中各材料用量及28d抗压强度见表1。 表1不同压碎值相同岩性碎石配制的水泥混凝土 序号碎石压碎值强度材料用量（kg/m3) -水灰比 砂率设计坍落28d抗压名称/(%)等级水泥砂大石小石水外加剂/(%)度/ m m强度/M P a 1松宝5 ~ 25 m m19.9C35415744428643170 4.750.414116043.9 2华强5 ~ 25 m m23.9C35400699456685160 4. 400.403818044.9 从表1可以看出，华强石场生产的碎石压碎 值达不到《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50 - 2011)(下称:《桥规》（2011))中n类碎石（压碎值 < 20 %)压碎值要求；松宝石场生产的碎石满足《桥规》（2011) n类碎石压碎值要求。上述相同岩 性的两种碎石压碎值差别较明显，在其它材料品 种相同的条件下，华强石场生产的碎石和松宝石 场生产的碎石配制的C35混凝土强度等性能基本 接近，水泥用量、水灰比基本没有大的变化，说明采用相同岩性碎石压碎值与低标号混凝土配制强 度没有相关性。 2不同岩性不同压碎值碎石对混凝土抗压 强度的影响 为更好地了解不同压碎值对混凝土强度的影响，选取两种岩性，四种压碎值结果（压碎值 试验方法均为《规程》（2005)中的T0316 - 2005)的碎石分别进行€35、€40、€45、€50配 合比设计，并采集混凝土 28d强度结果。具体 作者简介：曾春霞（1976.12 -),女，大专，工程师,从事公路水运工程试验检测工作。E-mail:1065984537@https://www.360docs.net/doc/3f17656109.html, ? 47 ?
(整理)倒楼盖法与弹性地基梁法
倒楼盖法 在计算筏型基础时，假设基底净反力为直线分布，当地基比较均匀，上部结构刚度较好、梁板式筏型基础的高跨比或平板式筏型基础的高厚比不小于1/16，且相邻柱荷载及柱距变化不超过20%，筏型基础可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖来计算，即为倒楼盖法。 倒楼盖模型和弹性地基梁板模型 桩筏筏板有限元计算筏板基础时，倒楼盖模型和弹性地基梁板模型计算结果差异很大的原因 这主要是因为二者的性质是截然不同的： （1）弹性地基梁板模型采用的是文克尔假定，地基梁内力的大小受地基土弹簧刚度的影响，而倒楼盖模型中的梁只是普通砼梁，其内力的大小只与筏板传递给它的荷载有关，而与地基土弹簧刚度无关。
（2）由于模型的不同，实际梁受到的反力也不同，弹性地基梁板模型支座反力大，跨中反力小。而倒楼盖模型中的反力只是均布线载。（3）弹性地基梁板模型考虑了整体弯曲变形的影响，而倒楼盖模型的底板只是一块刚性板，不受整体弯曲变形的影响。 （4）由于倒楼盖模型的底板只是一块刚性板，因此各点的反力均相同，由此计算得到的梁端剪力无法与柱子的荷载相平衡，而弹性地基梁板模型计算出来的梁端剪力与柱子的荷载是相平衡的。 λ 地基模型的选择 λ 地基计算模型，大致可分为不连续模型和连续性模型两大类。在基础设计时，如何选择相应的地基模型则是一个比较复杂的问题，很难给出一个统一的标准。在此，本人仅就上述地基计算模型的力学特点和适用范围做一些简单的介绍。 λ 1.文克尔地基模型的受力特点和适用范围 λ 文克尔地基模型实质上来源于阿基米德浮力定律的一个推论，比如浮桥结构是严格执行文克尔地基模型的。显然，力学性质与液体相近的地基，比较符合文克尔模型假定。 λ 因此，该模型主要用于抗剪强度极低的流态淤泥质土或地基土塑
试题及其答案--弹性力学与有限元分析(DOC)
如下图所示三角形薄板，按三结点三角形单元划分后，对于与局部编码ijm 对应的整体编码，以下叙述正确的是（ D ）。 ① I 单元的整体编码为162 ② II 单元的整体编码为426 ③ II 单元的整体编码为246 ④ III 单元的整体编码为243 ⑤ IV 单元的整体编码为564 A. ①③ B. ②④ C. ①④ D. ③⑤ 一、填空题 1、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、 形变和位移。 2、在弹性力学中规定，线应变以伸长时为正，缩短时为负，与正应力的正负号规定相 适应。 3、在弹性力学中规定，切应变以直角变小时为正，变大时为负，与切应力的正负号规 定相适应。 4、物体受外力以后，其内部将发生内力，它的集度称为应力。与物体的形变和材料强度直接有关的，是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量，也就是正应力和切应力。应力及其分量的量纲是L -1MT -2。 5、弹性力学的基本假定为连续性、完全弹性、均匀性、各向同性。 6、平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。 7、已知一点处的应力分量100=x σMPa ，50=y σMPa ，5010=xy τ MPa ，则主应力 =1σ150MPa ，=2σ0MPa ，=1α6135' 。 8、已知一点处的应力分量， 200=x σMPa ，0=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力=1σ512 MPa ，=2σ-312 MPa ，=1α-37°57′。 9、已知一点处的应力分量，2000-=x σMPa ，1000=y σMPa ，400-=xy τ MPa ，则主应力 =1σ1052 MPa ，=2σ-2052 MPa ，=1α-82°32′。 10、在弹性力学里分析问题，要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件，分别建立三 套方程。 11、表示应力分量与体力分量之间关系的方程为平衡微分方程。 12、边界条件表示边界上位移与约束，或应力与面力之间的关系式。分为位移边界条件、 应力边界条件和混合边界条件。 13、按应力求解平面问题时常采用逆解法和半逆解法。 14、有限单元法首先将连续体变换成为离散化结构，然后再用结构力学位移法进行求解。 其具体步骤分为单元分析和整体分析两部分。 15、每个单元的位移一般总是包含着两部分：一部分是由本单元的形变引起的，另一部