BEAM54

BEAM54 — 2-D 弹性 锥状非对称（Tapered Unsymmetric）梁 MP EM PP ED

元素描述

BEAM54 是 单轴的元素，能承受拉压与弯曲。 此元素每个节点上有3个自由度：沿 x 和 y 轴的位移和绕 z 轴的转动。元素允许具具有不对称的端面结构，并且允许端面节点偏离截面形心位置。 如果你并不需要这些特性那么可以选用均质对称的BEAM3元素。 此元素不具有塑性，潜变，膨胀（plastic, creep, or swelling ）的特性。（如果需要这些）特性可以使用 BEAM23, 这是一个二维， untapered, 塑性梁元素。 但（BEAM54）包含有应力强化。可以参见三维锥状非对称梁 BEAM44 。

扭转变形（shear deformation） 和弹性基础（elastic foundation）是（模块）购买选项。 另一个选项是在元素坐标系下打印力的图形。详见 ANSYS Theory Reference 的14.54 。 图示 1. BEAM54 2-D 弹性锥状非对称梁

输入数据

元素的坐标系统，几何形状，节点位置均由 BEAM54所示。 元素的正方向（x-axis）是在全局x-y坐标平面中（或平行于其的坐标平面中），从节点I 指向节点J 。元素的实常量有：截面面积，截面惯性矩，极限层距离形心的距离，the offset distances,剪切偏转量。 其中转动惯量 (IZ_) 是元素的主要截面数据。如果环带效应（hoop effects）可以被忽略那么此元素可以用于轴对称分析，比如说螺栓，开缝的圆柱体等。 在做360度的全轴对称分析时，截面面积和转动惯量是必须输入的。

剪切偏转量SHEARZ)是可选的。 在忽略剪切偏转的分析中 SHEARZ 必须为零。 剪切比(GXY) 只用于剪切分析。详见 Shear Deflection。 偏移常量 (DX_, DY_) 定义截面形心相对于节电位

置的偏移。 偏移量是相对于元素坐标系中的节点位置的正偏移。切变面积 (AREAS_)仅用于切变分析中。 切变面积通常小于实际截面积。

如果端点2上的AREA_, IZ_, HY__, 和 AREAS_ 这些实常量不输入的话则默认为端点1的值。 此外，顶端（top）距端点 1（的距离） HYT1，默认为底端（bottom）距端点 1（的距离） HYB1， 并且顶端距端点2（的距离为） HYT2，默认为顶端距端点1（的距离）HYT1。 距离均取到形心的正值。弹性基础刚度（elastic foundation stiffness (EFS) ）的定义为一个单位产生一安（unit）的正偏移。 如果EFS定义为零的话，就可以去掉这项属性。元素的初始应力 (ISTRN) 由 /L来定义，在这里 是长度变化量， L (由节点 I 和 J 的位置定义) 是零应力长度。初始应力也应用刚度矩阵的计算中，均使用一次累加递代。单位长度上的质量可以由ADDMAS 来输入。

在 Node and Element Loads.中有元素负载描述。压力是作为面负载加在元素表面上的，可见 BEAM54中的带圈数字（的描述）。 带圈的数字指明了（加载的）面的位置。正压力为（垂直）元素产生。侧压力的输入则为长度方向的集度。 端点压力则直接输入力。 KEYOPT(10) 允许锥状侧压力偏移节点。温度作为体负载在 BEAM54中由圈4所示。温度 T1 默认为 TUNIF。如果其他温度均相关联则默认为T1。如果只有T1 和 T2 输入， T3 默认为T2 而 T4默认为 T1。 在其他输入情况中，关联温度均默认为 TUNIF。 KEYOPT(9), 用于控制中节点的输出。有下面的情况时无效：

 打开了应力强化[SSTIF,ON]。  不只一个件有角加速度[OMEGA]。

 具有用CGOMGA, DOMEGA, 和 DCGOMG 命令施加的角加速度或加速度。 在Input Summary中有元素输入的一个概要描述。Element Input中提供详细描述。

BEAM54 输入概要

Element Name BEAM54 Nodes Degrees Freedom

Real Constants AREA1, IZ1, HYT1, HYB1, AREA2, IZ2, HYT2, HYB2, DX1, DY1, DX2,

DY2, SHEARZ, AREAS1, AREAS2, EFS, ISTRN, ADDMAS

Material Properties

Surface Loads P ressures - face 1 (I-J) (-Y normal direction),

face 2 (I-J) (+X tangential direction), face 3 (I) (+X axial direction),

face 4 (J) (-X axial direction) (use negative value for loading in opposite direction)

I, J

of UX, UY, ROTZ

EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP

Body Loads Special Features KEYOPT(6)

T emperatures - T1, T2, T3, T4

大变形，单元生与死（Stress stiffening, Large deflection, Birth and 应力强化，

death）

0 - No member force printout） 不输出力项（

（Print member forces and moments in 1 - 在元素坐标系中打印力与力矩

the element coordinate system）

KEYOPT(9) KEYOPT(10)

I 和 J 之间 的附加输出。 用于控制节点

N - 输出 N点的值(N = 0, 1, 3, 5, 7, 9)

SFBEAM命令施加的锥形负载。 仅用于用

0 - 负载在单位长度上的偏移。

(0.0 to 1.0) 1 - 负载在长度百分比上的偏移

如果SHEARZ = 0.0, 则认为y方向上没有剪切变形。 AREAS1 和 AREAS2 仅在切应力计算时用。

输出数据

单元解的输出有两种：

 节点位移解包含于节点解中。  元素附加解请见 元素输出定义

某些项目在 应力输出中举例说明。 在每个截面上，计算结果有轴向应力和两个弯曲应力组成。由这三个值估算出最大应力和最小应力。 如果此元素 KEYOPT(6) = 1 ，则6项力和力矩(每个端点3个) 能被打印 (在元素坐标系中)。元素的正方向由通过截面积形心定义。 首位两端的中间结果的输出由 KEYOPT(9)来控制。在 Solution Output中给出了解的通用描述。详见 ANSYS Basic Analysis Guide 。 图示 2. BEAM54 应力输出

元素输出表格中所用的符号：

冒号（：）表示可以由[ETABLE, ESOL]的形式获取。 O 列表是存在于 Jobname.OUT中。 R 列表示存在于结果文件中。

在 O 或 R 列中, Y 表示该项肯定有, 数字则表示注释条件下获得， \" -- \" 表示不存在此项。 表 1. BEAM54 元素输出定义

Name EL NODES MAT VOLU: XC, YC, ZC TEMP PRES SDIR SBYT SBYB SMAX SMIN EPELDIR EPELBYT EPELBYB EPTHDIR EPTHBYT EPTHBYB EPINAXL SXY MFOR(X, Y) MMOMZ Definition 元素号（Element Number） 节点（Nodes - I, J） 材料编号（Material number） 体积（Volume） 解的位置（Location where results are reported） 温度（Temperatures T1, T2, T3, T4） 压力（Pressures） P1 在节点 I,J; OFFST1（偏移？？） 在 I,J; P2 在 I,J; OFFST2 在 I,J; P3在 I; P4 在 J 轴向应力（Axial direct stress） +Y方向的弯曲应力（Bending stress on the element +Y side of the beam） -Y方向的弯曲应力（Bending stress on the element -Y side of the beam） 最大应力（Maximum stress (direct stress + bending stress) ） 最小应力（Minimum stress (direct stress - bending stress) ） 端点轴向弹性应变（Axial elastic strain at the end） +Y方向弹性弯曲应变（Bending elastic strain on the element +Y side of the beam） -Y方向弹性弯曲应变（Bending elastic strain on the element -Y side of the beam） 轴向热应变（axial thermal strain at the end） +Y方向的热弯曲应变（Bending thermal strain on the element +Y side of the beam） -Y方向的热弯曲应变（Bending thermal strain on the element -Y side of the beam） 轴向初始应变（Initial axial strain in the element） 平均弯曲（Average shear (Y-方向) ） 元素坐标系中的力偶（Member forces in the element coordinate system） 元素坐标系中的力矩（Member moment in the element coordinate system ） O Y Y Y -- Y Y Y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3 R Y Y Y Y 4 Y Y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 Y Y 1. 此项由端点 I 过渡到端点 J (可见 KEYOPT(9))。 2. 仅在定义了 AREAS1 和 AREAS2 时方输出。

3. 如果 KEYOPT(6) = 1。

4. 仅在用*GET 获取了形心时方有用。

使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号(KEYOPT(9) = 0) 列出了输出通过 ETABLE

命令采用顺序号获取的方法。在 The General Postprocessor (POST1) 于 ANSYS Basic Analysis Guide 和 The \"Item and Sequence Number\" Table 中有详细介绍。下面是 使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号(KEYOPT(9) = 0)的说明： 元素输出定义中 Name 定义于 ETABLE 命令中的项目名称 Item E I,J

获取单值的元素解的顺序号

获取节点解的顺序号

n 的解的顺序号 ILn 获取中间位置

表 2. BEAM54 (KEYOPT(9) = 0) 时使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号

KEYOPT(9) = 0 Name SDIR SBYT SBYB EPELDIR EPELBYT EPELBYB EPTHDIR EPTHBYT EPTHBYB EPINAXL MFORX MFORY MMOMZ SXY P1 OFFST1 P2 OFFST2 P3 P4 SMAX SMIN LS LS LS LEPEL LEPEL LEPEL LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC Item E -- -- -- -- -- -- -- -- -- 7 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- I 1 2 3 1 2 3 1 2 3 -- 1 2 6 13 15 17 19 21 23 -- 1 2 J 4 5 6 4 5 6 4 5 6 -- 7 8 12 14 16 18 20 22 -- 24 3 4

LBFE Corner Location 1 1 2 2 3 3 4 4 TEMP 表 3. BEAM54 (KEYOPT(9) = 1) I 时使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号

KEYOPT(9) = 1 Name SDIR SBYT SBYB EPELDIR EPELBYT EPELBYB EPTHDIR EPTHBYT EPTHBYB EPINAXL MFORX MFORY MMOMZ SXY P1 OFFST1 P2 OFFST2 P3 P4 SMAX SMIN LS LS LS LEPEL LEPEL LEPEL LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC Item E -- -- -- -- -- -- -- -- -- 10 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- I 1 2 3 1 2 3 1 2 3 -- 1 2 6 19 22 24 26 28 30 -- 1 2 IL1 4 5 6 4 5 6 4 5 6 -- 7 8 12 20 -- -- -- -- -- -- 3 4 J 7 8 9 7 8 9 7 8 9 -- 13 14 18 21 23 25 27 29 -- 31 5 6

LBFE Corner Location 1 1 2 2 3 3 4 4 TEMP 表 4. BEAM54 (KEYOPT(9) = 3) 时使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号 KEYOPT(9) = 3 Name SDIR SBYT SBYB EPELDIR EPELBYT EPELBYB EPTHDIR EPTHBYT EPTHBYB EPINAXL MFORX MFORY MMOMZ SXY P1 OFFST1 P2 OFFST2 P3 P4 SMAX SMIN LS LS LS LEPEL LEPEL LEPEL LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC Item E -- -- -- -- -- -- -- -- -- 16 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- I 1 2 3 1 2 3 1 2 3 -- 1 2 6 31 36 38 40 42 44 -- 1 2 IL1 4 5 6 4 5 6 4 5 6 -- 7 8 12 32 -- -- -- -- -- -- 3 4 IL2 7 8 9 7 8 9 7 8 9 -- 13 14 18 33 -- -- -- -- -- -- 5 6 IL3 10 11 12 10 11 12 10 11 12 -- 19 20 24 34 -- -- -- -- -- -- 7 8 J 13 14 15 13 14 15 13 14 15 -- 25 26 30 35 37 39 41 43 -- 45 9 10

LBFE Corner Location 1 1 2 2 3 3 4 4 TEMP 表 5. BEAM54 (KEYOPT(9) = 5) 时使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号 KEYOPT(9) = 5 Name SDIR SBYT Item LS LS E -- -- I 1 2 IL1 4 5 IL2 7 8 IL3 10 11 IL4 13 14 IL5 16 17 J 19 20 SBYB EPELDIR EPELBYT EPELBYB EPTHDIR EPTHBYT EPTHBYB EPINAXL MFORX MFORY MMOMZ SXY P1 OFFST1 P2 OFFST2 P3 P4 SMAX SMIN LS LEPEL LEPEL LEPEL LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC -- -- -- -- -- -- -- 22 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3 1 2 3 1 2 3 -- 1 2 6 43 50 52 54 56 58 -- 1 2 6 4 5 6 4 5 6 -- 7 8 12 44 -- -- -- -- -- -- 3 4 9 7 8 9 7 8 9 -- 13 14 18 45 -- -- -- -- -- -- 5 6 12 10 11 12 10 11 12 -- 19 20 24 46 -- -- -- -- -- -- 7 8 15 13 14 15 13 14 15 -- 25 26 30 47 -- -- -- -- -- -- 9 10 18 16 17 18 16 17 18 -- 31 32 36 48 -- -- -- -- -- -- 11 12 21 19 20 21 19 20 21 -- 37 38 42 49 51 53 55 57 -- 59 13 14 LBFE Corner Location 1 1 2 2 3 3 4 4 TEMP 表 6. BEAM54 (KEYOPT(9) = 7) 时使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号 KEYOPT(9) = 7 Name SDIR SBYT SBYB EPELDIR EPELBYT EPELBYB Item LS LS LS LEPEL LEPEL LEPEL E -- -- -- -- -- -- I 1 2 3 1 2 3 IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 IL6 IL7 4 5 6 4 5 6 7 8 9 7 8 9 10 11 12 10 11 12 13 14 15 13 14 15 16 17 18 16 17 18 19 20 21 19 20 21 22 23 24 22 23 24 J 25 26 27 25 26 27 EPTHDIR EPTHBYT EPTHBYB EPINAXL MFORX MFORY MMOMZ SXY P1 OFFST1 P2 OFFST2 P3 P4 SMAX SMIN LEPTH LEPTH LEPTH LEPTH SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC -- -- -- 28 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1 2 3 -- 1 2 6 55 66 68 70 72 -- 1 2 4 5 6 -- 7 8 12 56 -- -- -- -- -- -- 3 4 7 8 9 -- 13 14 18 57 -- -- -- -- -- -- 5 6 10 11 12 -- 19 20 24 58 -- -- -- -- -- -- 7 8 13 14 15 -- 25 26 30 59 -- -- -- -- -- -- 9 10 16 17 18 -- 31 32 36 60 -- -- -- -- -- -- 11 12 19 20 21 -- 37 38 42 61 -- -- -- -- -- -- 13 14 22 23 24 -- 43 44 48 62 -- -- -- -- -- -- 15 16 25 26 27 -- 49 50 54 63 65 67 69 71 -- 73 17 18

LBFE Corner Location 1 1 2 2 3 3 4 4 TEMP 表 7. BEAM54 (KEYOPT(9) = 9) 时使用 ETABLE 和 ESOL 命令的项目和顺序号 KEYOPT(9) = 9 Name SDIR SBYT SBYB EPELDIR EPELBYT Item LS LS LS LEPEL LEPEL E -- -- -- -- -- -- -- -- -- 34 I 1 2 3 1 2 3 1 2 3 -- IL1 IL2 IL3 IL4 IL5 IL6 IL7 IL8 IL9 J 4 5 6 4 5 6 4 5 6 -- 7 8 9 7 8 9 7 8 9 -- 10 13 16 19 22 25 28 31 11 14 17 20 23 26 29 32 12 15 18 21 24 27 30 33 10 13 16 19 22 25 28 31 11 14 17 20 23 26 29 32 12 15 18 21 24 27 30 33 10 13 16 19 22 25 28 31 11 14 17 20 23 26 29 32 12 15 18 21 24 27 30 33 -- -- -- -- -- -- -- -- EPELBYB LEPEL EPTHDIR LEPTH EPTHBYT LEPTH EPTHBYB LEPTH EPINAXL LEPTH MFORX MFORY MMOMZ SXY P1 OFFST1 P2 OFFST2 P3 P4 SMAX SMIN SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC SMISC NMISC NMISC -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1 2 6 7 8 13 19 25 31 37 43 49 55 61 14 20 26 32 38 44 50 56 62 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 80 82 84 86 -- 1 2 -- -- -- -- -- -- 3 4 -- -- -- -- -- -- 5 6 -- -- -- -- -- -- 7 8 -- -- -- -- -- -- 9 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 79 81 83 85 -- 87 11 13 15 17 19 21 10 12 14 16 18 20 22

LBFE Corner Location 1 1 2 2 3 3 4 4 TEMP 假设与限定

梁的长度不能为零，且必须位于 X-Y 平面。 元素的高度用来定义极限纤维层，这将用于应力分析和热梯度分析中。 如果输入零高度将会产生不正确的弯曲应力和热应力。元素的截面的惯性矩应当能够计算。元素的锥度应当是逐渐过渡的。如果 AREA2/AREA1 或I2/I1 i不在0.5 和 2.0之间,那么会给出一个警告信息。如果弯曲的曲率不在 0.1 到 10.0之间,那么会给出一个错误警告。元素不能锥状过渡到一点(零厚度)。

热力梯度在应用上假设在厚度与长度方向上是线性变化的。 梁的柔性长度能够修正其本身的偏移量。这个（附加的）偏移长度能够被视为梁本身的固定长度。绕梁所产生的非均匀性偏移，是因为其对应的柔性长度的变化所引起的。（当然）侧性偏移不能超过梁本身的长度。 由角加速度所产生的旋转力是基于节点位置的 (偏移应为零)。 剪切力是于扭转偏移来计算的。

产品

When used in the product(s) listed below, the stated product-specific restrictions apply to this element in addition to the general assumptions and restrictions given in the previous section. ANSYS/Professional.

 The DAMP material property is not allowed.

 The only special features allowed are stress stiffening and large deflection.