1 在ANSYS中如何顯示梁截面

　　通過輸入/eshape命令行即可.需要說明的是，一般的梁桿單元都可以通過/eshape命令顯示截面，但是其截面均為根據(jù)輸入的實常數(shù)所換算出的等效矩形截面，只有諸如beam44之類的單元可以保存通過Sections定義的截面形狀并通過/eshape顯示出來.

　　2 ANSYS中梁的鉸接處理

　　通常，梁單元之間通過公用節(jié)點使得相鄰的單元表現(xiàn)為固接形式，相當于在公用節(jié)點處約束全部自由度，而對于鉸接的表現(xiàn)形式(約束平動自由度和釋放轉動自由度)，可以通過在鉸接處建立2個keypoint，使得網(wǎng)格劃分時在1點存在2個重合節(jié)點，而后在2個節(jié)點處通Preprocessor>Coupling Ceqn>Couple DOFS指定所有平動自由度相互耦合(釋放了轉動自由度)，這樣即可模擬鉸接.

　　3 ANSYS中梁問題的彎矩圖繪制

　　在用ANSYS分析梁問題時，無法通General Postproc>Plot Results>Contour Plot查看彎矩結果，但可以通過定義etable實現(xiàn).

　　首先需要明確想要查看的結果對應于所使用單元的編號(help中各單元信息的Item and Sequence Numbers表格)，然后在General Postproe>Eiement Table中定義相應的單元表，item為smisc，在箭頭所示框內加入smisc中的項目編號.注意help中的石，Y，z方向為單元局部坐標.最后在General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Element Res中分別選擇I，J節(jié)點的elementtable，即可繪制彎矩圖.

　　4 ANSYS梁問題截面方向定義

　　在分析梁問題時，有時需要定義梁截面的方向，可以在Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes中定義，選擇其中的Pick Orientation Keypoint(S)，點擊確定后可以通過選擇Keypoint定義網(wǎng)格劃分后的截面方向.

　　5 使用完全積分單元時的剪力自鎖問題及其解決方法

　　梁彎曲的基本特征見圖1.當梁受彎時，軸向應變在厚度方向(豎直方向)上呈線性變化，厚度方向上無應變，也沒有剪應變.如圖2所示，1階完全積分4節(jié)點四邊形單元彎曲時，軸向應變通過積分點的水平長度變化，厚度方向應變通過積分點的垂直長度變化，而剪應變則是水平線與垂直線之間夾角的變化.單元中存在的剪應變與實際情況明顯不符，這是由單元的數(shù)學描述而產生的.單元邊不能彎曲使得原本不存在的剪應力出現(xiàn)，且使得單元變形表現(xiàn)為剪切變形而非彎曲變形，稱為剪力自鎖現(xiàn)象.

　　圖1 梁彎曲基本特征

　　圖2 完全積分單元剪力自鎖

　　剪力自鎖問題只影響受彎曲載荷的完全積分線性單元，這些單元功能在受直接或剪切載荷時沒有問題.只有能確定在所分析的模型中載荷只會使結構產生小彎曲時，才可以采用完全積分線性單元.如果載荷產生的位移中包含較大的彎曲部分或不能確定其類型，則應該采用不同的單元類型.

　　由于2階單元的邊界可以彎曲(見圖3)，沒有剪力自鎖問題，因此在分析一般問題時較接近理論值.但是，在復雜應力狀態(tài)下，完全積分二次單元也可能發(fā)生鎖死.此時需要采用其他的解決方法.

　　圖3 受彎曲的完全積分二次單元的變形

    (1)使用減縮積分單元；

    (2)使用擴充節(jié)點的單元，例如原來使用4節(jié)點四邊形單元，可改為8節(jié)點四邊形單元；

    (3)單元形狀盡可能規(guī)則，長寬比、斜度、錐度以及翹曲等都應得到控制以減少和避免自鎖

6 使用減縮積分單元時的沙漏現(xiàn)象及其解決方法

    減縮積分單元與完全積分單元相比，在每個方向上少用1個積分點，因而1階(線性)減縮積分單元只在單元中心有1個積分點．只有四邊形和六面體單元才能采用減縮積分，而所有其他四面體和三角形采用完全積分，然而這2類單元可以同時使用．采用減縮積分單元可以解決剪力自鎖問題，然而減縮積分單元在使用中又會產生沙漏問題．

    沙漏問題是指減縮積分單元在彎曲時出現(xiàn)如圖4所示的形狀類似沙漏的不正常應變，因而得名．這是因為單元在變形時，通過積分點的水平和垂直線長度以及兩者夾角均沒有變化，單元單個積分點上所有的應力分布都為0．由于單元扭曲產生應變能，所以這種彎曲的變形模態(tài)是零能量模式．在較粗的網(wǎng)格中，這種零能量模式可以通過網(wǎng)格擴展，從而產生無意義的結果．

圖4 減縮積分單元的沙漏問題

    如果分析對象中有多個此類單元沿厚度方向排列，則分析對象的變形情況計算結果見圖5．在厚度方向上可測得正確的軸向應變，剪應變?yōu)?．因此，只要低階減縮積分單元足夠精細(在厚度方向至少4個單元)，可以用此類單元模擬彎曲問題．

圖5 低階減縮積分單元模擬彎曲時變形情況的計算結果

    針對減縮積分單元沙漏問題的解決方法如下：

    (1)使用完全積分單元；

    (2)控制減縮積分單元的尺寸，只要單元足夠精細，仍然可以保證準確度；

    (3)使用非協(xié)調單元．