BEAM161

显式3-D梁单元 BEAM161 单元描述 BEAM161的几个特性：

 作为新增单元（刚体旋转不产生应变），用来处理许多实际应用中产生有限应变的情况  只用于计算效率和接头  等同于brick单元

 包含有限的横向切应变，额外的计算需要保留这些应变成份，相对于那些基于无横向切应变假设的单

元，意义重大。

Belytschko梁单元关键字(KEYOPT(1) = 2, 4, 5)是用“co-rotational technique”处理大转动的结构分析单元家族的一员。

这个单元仅用于显式动力学分析，更多信息参见LS-DYNA Theoretical Manual Figure 161.1 BEAM161 Geometry

BEAM161输入数据：

Figure 161.1 BEAM161 Geometry给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统，K节点用来定义截面初始方向。

该单元由I,J在全局坐标系中定义，节点K（与节点I,J）定义了一个包含了单元s轴的平面，单元的r轴与通过节点I,J的单元重心线平行，节点K用来定义单元坐标系，不能与节点I,J共线。节点K的位置仅用来定义单元的初始方向。（关于节点方向和梁单元网格化分参见ANSYS Modeling and Meshing Guide中的Meshing Your Solid Model）

用EDLOAD命令施加节点载荷及下述类型载荷，在显式动力学分析中如何施加载荷见LS-DYNA使用指南。 压力可以作为面载荷作用于Figure 161.1 BEAM161 Geometry中带圈数字所示的单元表面上，但是，这一压力实际上是作为一个牵引载荷作用于单元的中心线上。用EDLOAD命令施加压力载荷，输入单位长度上的压力值，压力正向指向单元内部。

x, y, 和z方向的初始加速度和角速度可用EDLOAD命令施加在节点上，为施加载荷，应先选取节点创建一节点组元，然后，将载荷作用于组元上。

用户也可用EDLOAD命令在刚体上施加载荷（如位移，力，等）。

使用BEAM161单元时，材料可从下列材料列表中选择。  弹性各向同性材料

 双线性随动材料(KEYOPT(1) = 2时除外)  塑性随动材料（KEYOPT(1) = 2时除外）  粘弹性材料（仅当KEYOPT(1) = 1时）

 Power Law Plasticity（仅当KEYOPT(1) = 1时）  分段线性塑性材料（仅当KEYOPT(1) = 1时）

用KEYOPT(1)指定BEAM161的4个单元方程之一（见\"BEAM161 Input Summary\"），单元方程实常数输入细节见 Table 161.1: \"BEAM161 Real Constants\".

KEYOPT(2)仅在矩形单元时有效（KEYOPT(1) = 0, 1, 4）

当KEYOPT(4)>0时，下列插图给出了有效的标准梁截面形式，当KEYOPT(5)=2时为标准梁截面。 Figure 161.2 Standard Beam Cross Sections

Figure 161.3 Standard Beam Cross Sections (continued)

当KEYOPT(1)=2时KEYOPT(5)无效。

单元输入概述在\"BEAM161 Input Summary\"中给出，关于这个单元实常数的额外信息由Table 161.1: \"BEAM161 Real Constants\"提供。这一单元的更多信息见ANSYS LS-DYNA使用指南。 BEAM161输入概述 节点

I, J, K（K是方向定位节点） 自由度

UX, UY, UZ, VX, VY, VZ, AX, AY, AZ, ROTX, ROTY, ROTZ

对于显示动力学分析， V(X, Y, Z)指节点的速度以及A(X, Y, Z)指节点的加速度。虽然V(X, Y, Z)和A(X, Y, Z)作为自由度出现，但他们不是真实的自由度。然而，自由度求解时这些量将被计算并储存提供给后处理使用。 实常数

见Table 161.1: \"BEAM161 Real Constants\" 材料特性

EX, NUXY, DENS, DAMP（MP命令） RIGID (KEYOPT(1) = 1,2) （EDMP命令）

BKIN, EVISC, PLAW（TB命令，见LS-DYNA使用指南中的材料模块） 面荷载

压力――

面1（I-J）+r切向方向，面2（I-J）- s 法线方向，面3（I）-t法线方向 体载荷 无 特殊特性

对于显式动力学分析，该单元支持所有非线性特性。 KEYOPT(1)

单元方程：

0, 1 -- Hughes-Liu 截面积分(默认) 2 -- Belytschko-Schwer 合成梁(合成) 4 -- Belytschko-Schwer 全截面积分 5 -- Belytschko-Schwer 截面积分圆柱梁

KEYOPT(2) 积分规则

1——单点积分

0，2——2X2 高斯积分（默认） 3——3X3高斯积分 4——Lobatto积分 5——4X4高斯积分

注释

仅当(KEYOPT(1) = 0, 1, 4)时KEYOPT(2)有效 KEYOPT(4) 截面积分规则

0——标准积分选项

n——用户定义积分规则选项(有效范围1-9999) KEYOPT(5) 截面类型

0——矩形截面 1——圆形截面

2——任意截面（用户定义积分规则）或标准截面类型，当KEYOPT (4) > 0时。 表格161.1 BEAM161实常数 No. 1 Name SHRF 剪切因子. 默认 = 1.0 矩形截面推荐值= 5/6. 2 TS1 节点1处s方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面 3 TS2 节点2处s方向梁的厚度; KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 KEYOPT (5) = 0 or 2 KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 Description Use if... KEYOPT (1) = 0,1, 4, or 5 No. Name Description 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面 Use if... KEYOPT (5) = 0 or 2 KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 KEYOPT (5) = 0 or 2 KEYOPT (1) = 0, 1, or 4 KEYOPT (5) = 0 or 2 KEYOPT (1) = 0, 1, or 5 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (5) = 1 4 TT1 节点1处t方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面 5 TT2 节点2处t方向梁的厚度; 如果KEYOPT (5) = 2,那么只能用任意截面 2 DS1 节点1 处梁的外径 [1]3 DS2 节点2 处梁的外径 [1]KEYOPT (1) = 0, 1, or 5 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (5) = 1 4 DT1 节点1 处梁的内径 [1]KEYOPT (1) = 0, 1, or 5 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (5) = 1 5 DT2 节点2 处梁的内径 [1]KEYOPT (1) = 0, 1, or 5 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (5) = 1 6 NSLOC 相对于s-轴曲面法线参考面定位 =1 与s轴正向一致 =0 中心 =-1与s轴负向一致 KEYOPT (1) = 0, 1, 4, or 5 KEYOPT (4) = 0 7 NTLOC 相对于t-轴曲面法线参考面定位 =1 与t轴正向一致 =0 中心 =-1与t轴负向一致 KEYOPT (1) = 0, 1, 4, or 5 KEYOPT (4) = 0 8 A 截面积 KEYOPT (4) = 0 No. Name 见图161.4 Description Use if... KEYOPT (1) = 2 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (1) = 2 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (1) = 2 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (1) = 2 KEYOPT (4) = 0 KEYOPT (1) = 2 9 ISS 关于s轴的转动惯量 见 图161.4 10 ITT 关于t轴的转动惯量 见 图161.4 11 IRR Polar moment of inertia 12 SA 剪切面积 13 14 15 NIP 积分数 RA KEYOPT (4) > 0 and KEYOPT (5) = 2 相对截面积，实际面积除以S方向厚度与t方向KEYOPT (4) > 0 and KEYOPT 厚度的乘积 (5) = 2 KEYOPT (4) > 0 and KEYOPT (5) = 2 (standard cross section only) [2]ICST 标准截面形式 注释 如果这一值为非零，那么NIP和RA为0 Cross section types are: 1 - W-section 2 - C-section 3 - Angle section 4 - T-section 5 - Rectangular tubing 6 - Z-section 7 - Trapezoidal section 16 17 18 19 20 W TF D TW 宽 厚度 深度 Web thickness ICST > 0, and NIP = RA = 0 ICST > 0, and NIP = RA = 0 ICST > 0, and NIP = RA = 0 ICST > 0, and NIP = RA = 0 SREF Location of reference surface normal to s ICST > 0, and NIP = RA = 0 Note No. Name Description If KEYOPT (1) = 1 only Use if... 21 TREF Location of reference surface normal to t ICST > 0, and NIP = RA = 0 Note If KEYOPT (1) = 1 only 22, 25, 28, ...79 S(i) s coordinate of integration point i = 1, NIP (NIP = 20 max) [3]KEYOPT (4) > 0 KEYOPT (5) = 2, arbitrary cross section only NIP > 0, RA > 0, ICST = 0 23, 26, 29, ...80 T(i) t coordinate of integration point i = 1, NIP (NIP = 20 max) [3]KEYOPT (4) > 0 KEYOPT (5) = 2, arbitrary cross section only NIP > 0, RA > 0, ICST = 0 24, 27, 30, ...81 WF(i) Weighting factor; that is, the area KEYOPT (4) > 0 associated with the integration point divided KEYOPT (5) = 2, arbitrary by the actual cross-section area. cross section only [3]i = 1, NIP (NIP = 20 max) NIP > 0, RA > 0, ICST = 0 1、仅当KEYOPT (5) = 1，设置DS1, DS2, DT1, 和DT2。如果KEYOPT (5) =0或2，那么设置TS1, TS2, TT1,

和 TT2

2、KEYOPT (5) = 2， 标准截面类型，因为NIP = RA = 0不使用积分点ID（KEYOPT (4) > 0），但用户必

须提供

3、为S(i), T(i), and WF(i)指定各个积分点。例如，为S(1), T(1), WF(1), S(2), T(2), WF(2), ... S(20), T(20),

WF(20).指定20个积分点

图161.4 几种通用截面参数

图161.5 Definition of Relative Area for User Defined Integration Rule

图161.6 Definition of Integration Points for User Defined Integration Rule

BEAM161 输出数据

为存储该单元输出数据，用户需要先为每个想要输出数据的积分点指定标号，用EDINT，BEAMIP命令在求解阶段指定积分点的标号。缺省时，输出数据写成4点积分。对于合成梁(KEYOPT(1) = 2)，没有应力输出数据（不管BEAMIP设置），如果设置BEAMIP=0，那么对于任何梁都不会有应力输出数据。这种情况下，在POST1的显示中不会有梁出现，因为程序认为这些单元是无效的。

要显示beam161的数据，用户必须使用ETABLE命令，然后，可使用PRETAB命令打印这些输出数据。RSYS命令对单元后处理的输出无影响。 下述项目在结果文件中有用

Table 161.2: \"BEAM161 Element Output Definitions\"

上述输出数据，设定数值假定在质心位置，作为整梁数据输出。 表格161.3 “BEAM161单元选项和序号”列出了使用序号方法执行的ETABLE 和ESOL命令的输出数据，更多信息见ANSYS Basic Analysis Guide 中的The General Postprocessor(post1) ，下面的符号用在表161.3“BEAM161 Item and Sequence Numbers” Name

Table 161.2: \"BEAM161 Element Output Definitions\"中定义的输出量

Item

为ETABLE or ESOL命令预先确定的项目标签

E

单值或常值单元数据的序号

1st IP

第一积分点的序号

nth IP

EDINT命令中定义的第n个积分点的序号

表161.3BEAM161 Item and Sequence Numbers

1． 表中n为用户要求输出数据的当前积分点 BEAM161单元假设和限制

 梁长度不能为0

 有任何非零的面积和转动惯量的开环或闭环的截面形状  假定忽略扭转，扭转惯量不用于刚度计算  不限制梁截面的变形，扭转在长度方向线性变化，但，截面扭曲变形不试用于合成梁（KEYOPT(1)

= 2).

BEAM161 产品限制

对这个单元没有特殊的限制