发布时间 : 星期一 文章ANSYS第6章 结构线性静力分析更新完毕开始阅读
lsel,s,,,2 $ latt,1,,1,,,52,1 $ lmesh,all $ esll$sfbeam,all,1,pres,2000
lsel,s,,,3 $ latt,1,,1,,,53,1 $ lmesh,all $ esll$sfbeam,all,1,pres,1000$allsel /solu $ solve
二、 梁单元自由度释放与耦合自由度
节点自由度释放（与自由度凝聚相同）就是将该节点的某个自由度“放松”，即铰接于该节点单元的单元杆端弯矩为零。ANSYS 中具有自由度释放功能的有 BEAM44、BEAM188/189 三个单元， 且它们的释放方式不同。BEAM188/189 单元采用 ENDRELEASE 命令释放自由度，相当于耦合自由度，其操作可在全刚接有限元模型的基础上进行；而 BEAM44 采用 KEYOPT(7) 释放自由度，其方法是释放“刚度矩阵”，其操作是在建立单元的过程中完成的。
耦合自由度就是强迫两个或多个自由度“相等”，耦合自由度集包含一个主自由度和一个或多个从自由度，只有主自由度保存在矩阵方程中，而其它从自由度则从方程中删除，故耦合自由度实际上是降低了平衡方程的个数。对梁结构而言，在创建模型或单元时铰接于一点的各杆件的端点（关键点或节点）各自独立，如 3 个杆件铰接在一起，则在同一几何位置创建 3 个关键点或节点，进而耦合其自由度。
在大变形时，BEAM44 单元的节点自由度释放会“随动”，而耦合自由度则不会。 1. 耦合自由度命令
⑴ 定义、修改耦合自由度集 命令：
CP,NSET,Lab,NODE1,NODE2,NODE3,NODE4,NODE5,NODE6,NODE7,NODE8,NODE9,NODE10,NODE11,NODE12,NODE13, NODE14,NODE15,NODE16,NODE17 NSET - 耦合自由度集编号，其值可取： =N：任意号；
=HIGH：最高既有集号，为 Lab≠ALL 时的缺省设置。
=NEXT：最高既有集号 ＋1，为 Lab=ALL 时的缺省设置。
Lab - 拟耦合的自由度标识符，对结构分析可用的有：UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ 或 ALL（位于节点坐标系）。
NODE1~NODE17 - 节点号。节点号不能重复，负节点号表示从耦合集中删除该节点；第1个节点为主节点，也可为 ALL - 节点选择集中的所有节点号。 ★ 同一自由度只能出现在一个耦合集中，否则会出现错误。 ★ 有约束的自由度不能包含在耦合集中。
★ 在减缩自由度分析中，如果主自由度（MDOF）包含在耦合集中，则必须是耦合集中的主自由度（相对从自由度而言）。
★ 对显式动力分析，仅仅 UX、UY、UZ 自由度可耦合，转动自由度不能耦合。 ★ 耦合集中的节点不必是重合的，也不必是位于同一线上，它们可以是任意的。 ⑵ 耦合重合节点
命令：CPINTF, Lab, TOLER
Lab - 拟耦合的自由度标识符，同 CP 命令中的参数。
TOLER - 判定节点是否重合的误差，缺省为 0.0001。TOLER 的计算基于总体直角坐标系中节点坐标的最大差值，只有在误差范围内的节点才被认为是重合的。 2. 梁结构耦合自由度示例
如图所示平面结构，首先创建几何模型，然后由几何模型生成有限元模型。在铰接点位置创建了重合的关键点编号，在生成有限元模型时便创建了重合的节点，即铰接于一点的各单元具有独立的节点。
耦合自由度是对有限元模型的节点操作，因此关键点不能直接进行自由度的耦合操作。
! EX6.4 耦合自由度 finish $ /clear $ /prep7
! ① 定义单元类型、材料性质、实常数、几何模型、施加约束
et,1,beam3 $ mp,ex,1,2.1e11 $ mp,prxy,1,0.3 $ r,1,0.007848,4.9087e-6,0.1 k,1$k,2,0,4 $ k,3,0,4 $ k,4,3,4 $ k,5,3,4 $ k,6,3,0 $ k,7,3,7 $ k,8,6,7
k,9,6,7 $ k,10,6,7 $ k,11,6,4 $ k,12,9,7 $ l,1,2 $ l,3,4 $ l,6,5 $ l,5,7 $ l,7,8 $ l,11,10
l,9,12 $ dk,1,all $ dk,6,all $ dk,11,all $ dk,12,ux,,,,uy ! ② 生成有限元模型，施加单元荷载
lesize,all,,,8 $ lmesh,all $ lsel,s,,,2 $ esll $ sfbeam,all,1,pres,2000 lsel,s,,,5,7,2 $ esll $ sfbeam,all,1,pres,3000 $ allsel
! ③ A 关键点 2 和 3 位置的节点创建约束方程，UY 和 ROTZ 相等 ksel,s,,,2,3 $ nslk,s $ cp,next,rotz,all $ cp,next,uy,all
! ③ B 关键点 4 和 5 位置的节点创建约束方程，UX 和 UY 相等 ksel,s,,,4,5 $ nslk,s $ cp,next,ux,all $ cp,next,uy,all
! ③ C 关键点 8、9 和 10 位置的节点创建约束方程，UX 和 UY 相等 ksel,s,,,8,10 $ nslk,s $ cp,next,ux,all $ cp,next,uy,all $ allsel $ finish ! ④ 求解及后处理
/solu $ solve $ finish$/post1 $ pldisp,1
etable,mi,smisc,6 $ etable,mj,smisc,12 $ plls,mi,mj,-1
3. BEAM18X 系列单元的端点自由度释放
采用上图结构以 BEAM189 为例，说明端点释放的操作过程。
★ 采用自由度释放时，按刚接点创建几何模型，不需要在同一位置创建多个关键点。 ★ 多杆铰接时应同时释放自由度，否则在不同的耦合自由度集中会出现同一自由度。 ★ 自由度释放与直接创建耦合自由度互补，即释放某个自由度，则在耦合自由度集中无该自由度。BEAM18X 系列所释放的自由度基于节点坐标系。
在 ENDRELEASE 命令中， 相邻单元的夹角限值为 TOLERANCE（缺省为 20°）。一种特殊的情况是仅仅两个相邻单元在一条线上（夹角限值失效）， 此时需使用 TOLERANCE=-1 参数并选择这两个单元，然后实施自由度释放。 示例：
! EX6.5 BEAM189 自由度释放 finish $ /clear $ /prep7
et,1,beam189 $ mp,ex,1,2.1e11 $ mp,prxy,1,0.3 ! 定义单元类型、材料性质 sectype,1,beam,csolid $ secdata,0.05 ! 定义梁截面数据
k,1 $ k,2,0,4 $ k,3,3 $ k,4,3,4 $ k,5,3,7 $ k,6,6,4 $ k,7,6,7 $ k,8,9,7 ! 创建关键点 k,100,-10,110 ! 创建定位点 l,1,2 $ l,3,4 $ l,4,5 $ l,2,4 $ l,6,7 $ l,5,7 $ l,7,8 ! 创建线
dk,1,all $ dk,3,all $ dk,6,all $ dk,8,ux,,,,uy ! 施加约束（因固结未约束 UZ） latt,1,,1,,100,,1 $ lesize,all,,,9 $ lmesh,all ! 对线赋属性、划分单元 lsel,s,loc,y,4 $ esll $ sfbeam,all,1,pres,2000 ! 施加单元荷载 lsel,s,loc,y,7 $ esll $ sfbeam,all,1,pres,3000 ! 施加单元荷载
lsel,s,,,1,4,3 $ esll $ endrelease,,,ux ! 最左边位置，释放自由度 UX lsel,s,,,2,4,2 $ esll $ endrelease,,,rotz ! 中间位置，释放自由度 ROTZ lsel,s,,,5,7 $ esll $ endrelease,,,rotz $ allsel ! 最右边位置，释放自由度 ROTZ cplist $ finish $ /solu $ solve $ finish !求解与后处理 /post1 $ pldisp,1 $ etable,mi,smisc,2 $ etable,mj,smisc,15 $ plls,mi,mj 4. BEAM44 单元自由度释放
BEAM44 单元的自由度释放采用 KEYOPT(7) 设置，有多少不同的自由度释放就需要定义多少种单元，因此其自由度释放要比前两种方法繁琐。当采用定位点定义 BEAM44 单元截面方位时，由 IJK 构成的平面包含单元的 X 轴和 Z 轴，与缺省时的单元坐标系不同。 示例：
! EX6.6 BEAM44 自由度释放 finish $ /clear $ /prep7
et,1,beam44 $ et,2,beam44 $ et,3,beam44 ! 定义单元类型 3 种
keyopt,2,7,100000 ! 释放第 2 种单元的 I 节点的 UX keyopt,3,8,10 ! 释放第 3 种单元的 J 节点的 ROTY
mp,ex,1,2.1e11 $ mp,prxy,1,0.3 ! 定义材料性质 sectype,1,beam,csolid $ secdata,0.05 ! 定义梁截面数据
k,1 $ k,2,0,4 $ k,3,3,0 $ k,4,3,4 $ k,5,3,7 $ k,6,6,4 $ k,7,6,7 $ k,8,9,7 ! 创建关键点 k,100,-10,110 $ l,1,2 $ l,3,4 $ l,4,5 $ l,2,4 $ l,6,7 $ l,5,7 $ l,7,8 ! 创建定位点和线 dk,1,all $ dk,3,all $ dk,6,all $ dk,8,ux,,,,uy !施加约束 latt,1,,1,,100,,1 $ lesize,all,,,9 $ lmesh,all !划分单元 lsel,s,loc,y,4 $ esll $ sfbeam,all,1,pres,2000 !施加单元荷载
lsel,s,loc,y,7 $ esll $ sfbeam,all,1,pres,3000 $ allsel
emodif,28,type,2 ! 将 28 单元修改为单元类型 2, 即该单元的I节点释放 UX
emodif,36,type,3 ! 将 36,54,45 单元修改为单元类型 3, 即释放这些单元的 J 节点 emodif,54,type,3 ! 的 ROTY。最右边位置上的 3 个杆件，释放两个即可。 emodif,45,type,3
finish $ /solu $ solve $ finish $ /post1
pldisp,1 $ etable,mi,smisc,5 $ etable,mj,smisc,11 $ plls,mi,mj
三、 曲梁及线荷载的施加
曲梁结构可采用直线梁单元近似模拟，如采用适当数量的单元也可获得较为满意的结果。可采用 3 节点 BEAM189 单元更加准确的模拟曲梁，因 3 节点 BEAM189 可适应曲线边界。 1. 斜梁
★ 在梁结构上施加分布荷载，只能施加到单元上。 ★ 只可施加垂直单元轴线或平行单元轴线的分布荷载。 ★ 斜向分布荷载可用：
◆ 等效到节点上的集中荷载 ◆ 分解后分别施加
◆ 用惯性荷载施加（模拟自重） ◆ 表面效应单元等方法。
如图所示斜梁及所受均布线荷载，可首先将分布荷载 QH 转化到沿斜梁轴线分布的荷载 QS（图 6B），然后再将 QS 分解为 QSV（图 C）和 QSP（图 D），此时可用 SFBEAM 命令施加，具体过程如命令流中的详细说明。
QH 为已知的均布荷载集度，θ 为杆件轴线与均布荷载基线的夹角，I 和 J 为节点号。 一个人字结构，承受均布荷载如图：
其计算分析命令流如下。 ! EX6.7 斜梁施加水平均布荷载 finish $ /clear $ /prep7
! 定义两个均布荷载参数、定义单元类型、材料性质、单元实常数、创建模型