ANSYS中如何處理含有不同材料屬性的自定義梁單元截面

2021-03-02 ANSYS結構院
我們在使用梁單元時可能會遇到組合截面,也即截面由不同的材料屬性組成,例如混凝土鋼管結構、型鋼混凝土等,在常用設計軟體中,組合截面很好定義,而在ANSYS中則必須採用自定義截面的方法來進行,當然前提是不考慮不同材料屬性之間的相對滑移。
在ANSYS中,對於此類由不同材料屬性構成的自定義截面,需要下列步驟進行:
2、定義不同材料屬性的材料編號,注意這裡在寫截面的過程中,定義的具體材料屬性參數值無實際意義,因此可隨意定義,只需定義其材料編號即可;3、導入面或者建立面,選中不同材料屬性的部分,賦予材料編號,進行網格劃分;
5、重新新建項目,定義上述截面所含材料編號的具體材料屬性,利用secread命令讀入截面;6、利用secplot命令獲取後期處理時需要查看部位的柵格點或者積分點編號;在上述過程中,提到了在前處理寫截面的過程中,也即secwrite命令使用之前,定義具體的材料屬性是沒有實際意義的,有用的是對應的材料編號,而在後續正常建模過程分析中,則需要在secread命令之前定義具體的相應的材料屬性,那麼有同學可能會有疑問,在梁單元劃分過程中,需要採用latt命令或者mat命令指定材料屬性,這個對截面的材料編號有影響嗎?答案是沒有影響的,也即自定義截面的材料屬性優先級高於幾何模型指定的整體屬性。下面以一個鋼管混凝土為例,說明含有不同材料屬性的自定義截面使用用法。
一長度為3m的懸臂梁採用如下所示的鋼管混凝土截面,長寬分別為500mm,鋼管壁厚10mm,鋼管採用Q235B,混凝土採用C30,懸臂梁承受均布荷載20KN/m,分別採用梁單元及實體單元模擬,求其位移解及應力解。溫馨提示:為對比梁單元結果和實體單元結果,兩者在截面網格劃分形式上應儘量一致,同時鋼管壁厚方向單元劃分層數應大於等於3層。

兩者位移最大值分別為0.7073、0.7049,相差約0.3%由於兩者計算模式的不同,支座處的應力集中導致兩者很難從應力雲圖上進行對比,為避免支座應力集中的影響,此處選擇跨中部位頂部中間節點並提取節點米塞斯應力進行對比。繪製梁截面,並顯示截面柵點編號,找到欲查看位置處的柵點編號,這裡需要注意的是在默認的截面視圖中,向上為單元坐標系中的Z軸,與之垂直的為Y軸,在確定查看位置處的柵點編號時,需要結合單元坐標系方向來綜合判斷,例如此處模型中,單元是在Y方向進行受彎,故若我們想要查看上表面的米塞斯應力時,在截面視圖中應選擇右側或者左側的柵點編號,經查詢,中間位置處的柵點編號為487,打開單元編號,中間單元編號為30,故提取命令流如下:

*get,SEQA,secr,31,s,eqv,Ival,487

*status,SEQA

若有同學對上述命令不解,可去查看以前的一篇文章:

如何獲取梁單元截面柵格點和積分點計算結果

實體單元則可通過位置坐標直接定位獲取,提取命令流如下:

node1=node(250,500,1500)

*get,NSEQV,node,node1,s,eqv

*status,NSEQV

故在相同位置處,梁單元應力為3.97Mpa,實體單元應力為3.948Mpa,兩者相差約0.58%。
可見,針對不同材料屬性的自定義截面,採用梁單元分析誤差在可接受範圍之內,但計算速度相對於實體單元卻大幅提高,上述方法僅供大家參考學習。
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