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Beam3單元描述： Beam3單元是一種可承受拉、壓、彎作用的單軸單元。單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度，即沿x,y方向的線位移及繞Z軸的角位移。本單元更詳細(xì)的說(shuō)明見(jiàn)《ANSYS, Inc. Theory Reference》，CAE
Beam3單元描述：

Beam3單元是一種可承受拉、壓、彎作用的單軸單元。單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度，即沿x,y方向的線位移及繞Z軸的角位移。本單元更詳細(xì)的說(shuō)明見(jiàn)《ANSYS, Inc. Theory Reference》，CAE，有限元分析，其它的二維梁?jiǎn)卧€有塑性梁?jiǎn)卧狟eam23及非對(duì)稱變截面梁Beam54。

Beam3單元幾何圖形：

Beam3輸入數(shù)據(jù)：

上圖給出了單元的幾何圖形、節(jié)點(diǎn)位置及坐標(biāo)系統(tǒng)。單元由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)、橫截面面積、橫截面慣性矩、截面高度及材料屬性定義。。初始應(yīng)變通過(guò)Δ/L給定，Δ為單元長(zhǎng)度L（由I，J節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)算得）與0應(yīng)變單元長(zhǎng)度之差。

如果不計(jì)環(huán)向作用本單元也可進(jìn)行軸對(duì)稱體的分析，如對(duì)螺栓、帶縫圓柱等。在軸對(duì)稱分析時(shí)輸入的面積和慣性矩應(yīng)是全截面的。剪切變形量（SHERAR）是可選的，CAE，有限元分析，如給SHERAR賦值為0則表示忽略剪切變形（相關(guān)細(xì)節(jié)見(jiàn)Shear Deflection），當(dāng)然剪切模量（GXY）只有在考慮剪切變形時(shí)才起作用。單元還可在實(shí)常數(shù)ADDMAS中輸入單位長(zhǎng)度的附加質(zhì)量。

“節(jié)點(diǎn)與單元荷載”一節(jié)對(duì)“單元荷載”有專門(mén)介紹?？梢栽诒締卧谋砻媸┘用婧奢d，如上圖中帶圈數(shù)字所示，其中箭頭指向?yàn)槊婧奢d作用正向。橫向均布?jí)毫Φ膯挝粸榱γ繂挝婚L(zhǎng)度，端點(diǎn)作用的壓力應(yīng)以集中力的形式輸入。KEYOPT（10）用來(lái)控制線性變化的橫向壓力相對(duì)單元節(jié)點(diǎn)的偏移量?？稍趩卧獛缀螆D形的四個(gè)角上設(shè)定溫度值，其被當(dāng)做體荷載處理。第一個(gè)角上的溫度T1的默認(rèn)值為T(mén)UNIF，如其它角的溫度未給定時(shí)其默認(rèn)值等于第一個(gè)角的溫度，如給定了T1和T2則T3的默認(rèn)值為T(mén)2，T4的默認(rèn)值為T(mén)1。

KEYOPT（9）用來(lái)控制兩節(jié)點(diǎn)中間部分相關(guān)值的輸出情況，值是按平衡條件得出的。但在下列情況下這些值不能得到：

l 考慮應(yīng)力硬化時(shí)TIF，ON］；

l 一個(gè)以上的部件作用有角速度時(shí)OMEGA]；

l 通過(guò)命令CGOMGA, DOMEGA, or DCG/MG作用了角速度或加速度時(shí)。

BEAM3輸入?yún)?shù)匯總：

節(jié)點(diǎn)：I, J

自由度：UX, UY, ROTZ

實(shí)常數(shù)：

AREA – 橫截面面積

IZZ – 截面慣性矩

HEIGHT – 截面高

SHEARZ – 剪切變形系數(shù)

ISTRN – 初始應(yīng)變

ADDMAS – 每單位長(zhǎng)度附加質(zhì)量

說(shuō)明：剪切變形系數(shù)＝0，則在單元的Y方向沒(méi)有剪切變形。

材料屬性：EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP

表面荷載：

壓力-（括號(hào)內(nèi)為壓力正值作用方向）

face 1 (I-J) (-Y法線方向)

face 2 (I-J) (+X切線方向)

face 3 (I) (+X 軸向)

face 4 (J) (-X 軸向)

（如輸入的壓力為負(fù)值表示與幾何模型圖中方向反向作用)

體荷載：

溫度作用 -- T1, T2, T3, T4

特性：

應(yīng)力強(qiáng)化

大變形

單元生、死

單元選項(xiàng)：

KEYOPT(6) 控制桿件力和力矩輸出的選項(xiàng):

0 -- 不輸出力和力矩

1 -- 在單元坐標(biāo)系中輸出力和力矩

KEYOPT(9) 用于控制該單元位于節(jié)點(diǎn)I，J中間點(diǎn)的數(shù)據(jù)輸出

N -- 輸出N個(gè)中間位置數(shù)據(jù)(N = 0, 1, 3, 5, 7, 9)

KEYOPT(10) 用于控制SFBEAM指令時(shí)線性變化的壓力的偏移量的輸入方法：

0 -- 以長(zhǎng)度為單位，直接輸入壓力相對(duì)于I，J節(jié)點(diǎn)的偏移量

1 – 以偏移量與單元長(zhǎng)度的比值為單位（0～1），用相對(duì)值形式輸入偏移

BEAM3輸出數(shù)據(jù)：

求解輸出信息主要包括兩部分：

l 節(jié)點(diǎn)位移含全部節(jié)點(diǎn)解

l 單元其它輸出信息見(jiàn)“BEAM3單元輸出信息表”

“BEAM3應(yīng)力輸出圖”說(shuō)明了一些情況，有關(guān)求解輸出的總體性介紹請(qǐng)見(jiàn)“Solution Output”，而有關(guān)結(jié)果內(nèi)容察看的一些方法見(jiàn)“ANSYS Basic Analysis Guide”

BEAM3應(yīng)力輸出圖

以下“單元輸出信息表”中第一列給出了各輸出項(xiàng)的名稱，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定義這些變量用于查詢。第三列表示某一變量值是否在輸出文件中給出，第四列某一變量值是否在結(jié)果文件中給出。

無(wú)論是第三還是第四列，“Y”表示可以輸出，列中的具體數(shù)值則表示在滿足特定條件時(shí)才輸出，而“－”則表示不輸出。

單元輸出信息表

名稱

定義

O

R

EL

單元號(hào)

Y

Y

NODES

單元節(jié)點(diǎn)- I, J

Y

Y

MAT

單元材料號(hào)

Y

Y

VOLU:

單元體積

N

Y

XC, YC

輸出結(jié)果坐標(biāo)

Y

3

TEMP

溫度 T1, T2, T3, T4

Y

Y

PRES

壓力 P1 at nodes I,J; 偏移量1 at I,J;P2 at I,J; 偏移量2 at I, J; P3 at I; P4 at J

Y

Y

SDIR

軸向直接應(yīng)力

1

1

SBYT

梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

1

1

SBYB

梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

1

1

SMAX

最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

1

1

SMIN

最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

1

1

EPELDIR

端部軸向彈性應(yīng)變

1

1

EPELBYT

梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

1

1

EPELBYB

梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

1

1

EPTHDIR

端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

1

1

EPTHBYT

梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

1

1

EPTHBYB

梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

1

1

EPINAXL

單元初始軸向應(yīng)變

1

1

MFOR(X, Y)

單元坐標(biāo)系中X，Y方向的力

2

Y

MMOMZ

單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

2

Y

說(shuō)明：

1、每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)I，J及中間點(diǎn)（見(jiàn)KEYOPT（9））均列出該項(xiàng)結(jié)果；

2、如果KEYOPT(6) = 1；

3、僅在幾何中心作*GET的一個(gè)項(xiàng)目可用。

“BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表”中列出了在后處理中可通過(guò)ETABLE命令加參數(shù)及數(shù)字序號(hào)的方法定義可列表察看的有關(guān)變量的細(xì)則。詳細(xì)參見(jiàn)《ANSYS基本分析指南》中有關(guān)“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格“BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表（KEYOPT（9）＝0）”到“BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表（KEYOPT（9）＝9）”的一些使用說(shuō)明：

Name

指在“BEAM3單元輸出信息表”中的有關(guān)變量。

Item

命令ETABLE中使用的參數(shù)。

E

單元數(shù)據(jù)為常數(shù)或單值時(shí)對(duì)應(yīng)的序號(hào)。

I,J

節(jié)點(diǎn)I,J所對(duì)應(yīng)的數(shù)字序號(hào)。

ILN

中間點(diǎn)的的順序號(hào)

BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表(KEYOPT(9) = 0)

Output Quantity Name

（變量名）

ETABLE 和 ESOL命令輸入項(xiàng)

Item

E

I

J

SDIR　軸向直接應(yīng)力

LS

SBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

SBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

EPELDIR　端部軸向彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPTHDIR　端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYT　梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYB　梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPINAXL　單元初始軸向應(yīng)變

LEPTH

SMAX　最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

NMISC

SMIN　最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

NMISC

MFORX單元坐標(biāo)系中X方向的力

SMISC

MFORY單元坐標(biāo)系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

SMISC

P1　壓力1在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST1壓力1距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P2　壓力2在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST2　壓力2距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P3　壓力3

SMISC

P4　壓力4

SMISC

Pseudo Node（假節(jié)點(diǎn)）

TEMP　溫度

LBFE

BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表(KEYOPT(9) = 1)

Output Quantity Name

（變量名）

ETABLE 和 ESOL命令輸入項(xiàng)

Item

E

I

ILI

J

SDIR　軸向直接應(yīng)力

LS

SBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

SBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

EPELDIR　端部軸向彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPTHDIR　端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYT　梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYB　梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPINAXL　單元初始軸向應(yīng)變

LEPTH

SMAX　最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

NMISC

SMIN　最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

NMISC

MFORX單元坐標(biāo)系中X方向的力

SMISC

MFORY單元坐標(biāo)系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

SMISC

P1　壓力1在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST1壓力1距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P2　壓力2在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST2　壓力2距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P3　壓力3

SMISC

P4　壓力4

SMISC

Pseudo Node（假節(jié)點(diǎn)）

TEMP　溫度

LBFE

BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表(KEYOPT(9) = 3)

Output Quantity Name

（變量名）

ETABLE 和 ESOL命令輸入項(xiàng)

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

J

SDIR　軸向直接應(yīng)力

LS

SBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

SBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

EPELDIR　端部軸向彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPTHDIR　端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYT　梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYB　梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPINAXL　單元初始軸向應(yīng)變

LEPTH

SMAX　最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

NMISC

SMIN　最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

NMISC

MFORX單元坐標(biāo)系中X方向的力

SMISC

MFORY單元坐標(biāo)系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

SMISC

P1　壓力1在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST1壓力1距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P2　壓力2在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST2　壓力2距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P3　壓力3

SMISC

P4　壓力4

SMISC

40

Pseudo Node（假節(jié)點(diǎn)）

TEMP　溫度

LBFE

BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表(KEYOPT(9) = 5)

Output Quantity Name

（變量名）

ETABLE 和 ESOL命令輸入項(xiàng)

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

IL4

IL5

J

SDIR　軸向直接應(yīng)力

LS

SBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

SBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

EPELDIR　端部軸向彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPTHDIR　端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYT　梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYB　梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPINAXL　單元初始軸向應(yīng)變

LEPTH

SMAX　最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

NMISC

SMIN　最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

NMISC

MFORX單元坐標(biāo)系中X方向的力

SMISC

MFORY單元坐標(biāo)系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

SMISC

P1　壓力1在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST1壓力1距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P2　壓力2在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST2　壓力2距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P3　壓力3

SMISC

P4　壓力4

SMISC

Pseudo Node(假節(jié)點(diǎn))

TEMP　溫度

LBFE

BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表(KEYOPT(9) = 7)

Output Quantity Name

（變量名）

ETABLE 和 ESOL命令輸入項(xiàng)

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

IL4

IL5

IL6

IL7

J

SDIR　軸向直接應(yīng)力

LS
SBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

SBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

EPELDIR　端部軸向彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPTHDIR　端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYT　梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYB　梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPINAXL　單元初始軸向應(yīng)變

LEPTH

SMAX　最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

NMISC

SMIN　最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

NMISC

MFORX單元坐標(biāo)系中X方向的力

SMISC

MFORY單元坐標(biāo)系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

SMISC

P1　壓力1在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST1壓力1距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P2　壓力2在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST2　壓力2距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P3　壓力3

SMISC
P4　壓力4

SMISC

Pseudo Node(假節(jié)點(diǎn))

TEMP 溫度

LBFE

BEAM3項(xiàng)目和序號(hào)表(KEYOPT(9) = 9)

Output Quantity Name

（變量名）

ETABLE 和 ESOL命令輸入項(xiàng)

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

IL4

IL5

IL6

IL7

IL8

IL9

J

SDIR　軸向直接應(yīng)力

LS

SBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲應(yīng)力

LS
SBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲應(yīng)力

LS

EPELDIR　端部軸向彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYT梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPELBYB梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲彈性應(yīng)變

LEPEL

EPTHDIR　端點(diǎn)軸向熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYT　梁內(nèi)單元+Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPTHBYB　梁內(nèi)單元-Y面上的彎曲熱應(yīng)變

LEPTH

EPINAXL　單元初始軸向應(yīng)變

LEPTH

SMAX　最大應(yīng)力(直接應(yīng)力+彎曲應(yīng)力)

NMISC

SMIN　最小應(yīng)力(直接應(yīng)力-彎曲應(yīng)力)

NMISC

MFORX單元坐標(biāo)系中X方向的力

SMISC

MFORY單元坐標(biāo)系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　單元坐標(biāo)系中Z方向的彎矩

SMISC

P1　壓力1在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST1壓力1距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P2　壓力2在節(jié)點(diǎn) I,J間

SMISC

OFFST2　壓力2距節(jié)點(diǎn)偏移量

SMISC

P3　壓力3

SMISC

P4　壓力4

SMISC

Pseudo Node(假節(jié)點(diǎn))

TEMP

LBFE

假設(shè)與限制:

l 梁?jiǎn)卧仨毼挥赬-Y平面內(nèi)，長(zhǎng)度及面積不可為0;

l 對(duì)任何形狀截面的梁等效高度必須先行決定，因?yàn)閺澢鷳?yīng)力的計(jì)算為中性軸至最外邊的距離為高度的一半；

l 單元高度僅用于彎曲及熱應(yīng)力的計(jì)算；

l 作用的溫度梯度假定為沿長(zhǎng)度方向線性通過(guò)等效高度；

l 若不使用大變形時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可為0。