Workbench梁单元与杆单元全面掌握指南

ANSYS分析软件的应用范围包含：结构，流体，热分析，电磁场，耦合场等。本文只涉及结构，所以要把结构讲的透彻，让读者看完后，感觉水平被提高了一个档次。让读者觉得很值。

1 结构单元类型

下图几乎列举出了ANSYS中所有的结构单元，但事有轻重缓急，单元也是。读者需要重点掌握的单元只有：杆单元LINK180；梁单元BEAM188，BEAM189；壳单元SHELL181，SHELL281；2D实体单元PLANE182，PLANE183；3D实体单元SOLID185，SOLID186，SOLID187，SOLID285；弹簧单元COMBIN14；质量单元MASS21。

2 杆单元LINK180详解

该单元可承受轴向拉压但不能承受弯矩，有两个节点，每个节点有三个自由度，即沿节点坐标系XYZ三个方向的平移自由度。可以设置初始应力和初始应变，只能施加点荷载（集中力）和体荷载（温度和惯性），不可以施加线荷载（分布力）。笔者提醒读者，在workbench中，线模型划分网格，默认为梁单元，如果要在workbench中指定某线体为LINK180单元，则必须插入command：

et, matid, link180

r, matid, A1 !A1为线体截面面积，必须输入，在DM中指定的截面无效

这里面有一个问题，读者要思考。为什么workbench将线模型的默认单元指定为梁单元，改为杆单元需要这么麻烦输入命令行呢？并且在workbench中查看杆单元的计算结果非常不方便。这是因为，只要设置对约束关系，完全可以用梁单元代替杆单元。比如杆单元的固定约束就是梁单元的简支约束，两个杆单元固接就是两个梁单元铰接。所以笔者认为，在workbench中可以不用了解和掌握杆单元，应该了解和掌握梁单元如何正确约束而替代杆单元。具体设置可查看后文实例二（如何用梁单元替代杆单元）。

3 梁单元BEAM188和BEAM189详解

在力学理论中，常用的梁力学模型有两种，一种是欧拉梁，不考虑剪切变形对梁挠度的影响，还有一种是铁木辛柯梁，考虑剪切变形对挠度的影响，但假设切应力是均布的。BEAM188和BEAM189单元使用的梁模型为铁木辛柯梁。BEAM188单元有两个节点，BEAM189单元有三个节点，一般情况下每个节点有六个自由度，即沿节点坐标系XYZ的平移自由度和绕XYZ的转动自由度，通过设置，可以开启节点的第七个自由度，称为翘曲自由度，笔者对翘曲自由度无研究。上文提到，梁单元是线模型分析的默认单元，所以笔者认为要分析线模型，则必须掌握梁单元。

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