1、CBEAM的特点

在 NX Nastran 中，使用 CBEAM 定义梁单元，使用 PBEAM、PBCOMP 或 PBEAML 定义其属性。梁单元支持拉伸、扭转、在两个垂直平面中的弯曲和相应的剪切。CBEAM 单元提供 CBAR 单元的所有功能，以及下面的附加功能：

  • 可以在梁的两端和梁长度方向的最多 9 个中间位置定义多种横截面属性。

  • 中性轴和剪切中心不需要重合，适用于非对称横截面。

  • 横截面的扭曲对扭转刚度的影响包括在内（仅限 PBEAM）。

  • 楔形梁截面形状渐变对横向剪切刚度（抗剪）的影响包括在内（仅限 PBEAM）。

  • 使用 PLOAD1，可以对CBEAM单元施加集中载荷或者单元长度上的分布载荷。

  • 可以为非结构质量的中心指定另外的轴线。

  • 动态分析中考虑了分布式转动惯量。

  • CBEAM 可以使用 PBCOMP （复合梁），对由多根轴线平行的杆构成的的梁进行建模。

  • CBEAM 支持非线性材料属性：仅限弹塑性材料（ MATS1 输入项中的 TYPE =PLASTIC）。

  • 剪切中心、中性轴和非结构质量的重心可以不在同一点。

  • 横截面属性 (A, I1, 12, I12, J) 和沿长度方向的非结构质量可任意变化（仅限 PBEAM）。

2、CBEAM格式

CBEAM和CBAR的格式很相似，唯一的不同是多了SA、SB两个字段。

SA和SB分别是 A 端和 B 端的标量点或节点标识号。这些点的自由度为扭曲梯度 dθ /dx。

3、CBEAM单元坐标系

4、CBEAM单元的截面定位、端点偏移、Pin flag 的定义方法都和CBAR单元一样。

5、CBEAM 力和力矩约定

图 3-17 中显示了单元力的正方向。根据要求输出两端和 PBEAM 中定义的中间位置处的以下单元力和力矩（实数或复数，取决于求解序列）：

  • 梁单元内力和力矩

  • 中性轴处两个参考平面中的弯矩。

  • 两个参考平面中剪切中心处的剪切力。

  • 中性轴处的轴向力。

  • 围绕梁的剪切中心轴的总扭矩。

  • 由于翘曲而生成的扭矩分量。

  根据要求输出以下单元真实应力数据：

  •横截面上指定的四个应力恢复点处的真实轴向正应力。

  • 最大和最小轴向正应力。

  • 在 MAT1 材料项中输入应力极限后，可以得到单元的拉伸和压缩安全裕度。

Since there’s no torsional stress recovery for the CBEAM element, the margin-of-safety computation does not include the torsional stress. If the torsional stress is important in your stress analysis, use the torsional force output to compute the stress outside of NX Nastran. The torsional stress is highly dependent on the geometry of the CBAR’s cross section, which NX Nastran doesn’t know.

和CBAR单元一样，CBEAM单元也不能计算扭转应力。如果要要考虑扭转应力，需要导出单元的扭矩结果，根据截面形状手工计算扭转应力。

Nastran梁的弯曲应力分析，将理论计算、3D实体单元、1D梁单元的分析结果进行对比。有助于理解梁的平面弯曲理论、剪切中心、CBEAM单元截面方向/应力恢复点/端点偏移/内力、PBEAM属性等。

6、扭曲梯度 dθ/dx是什么？

NX NASTRAN中，梁单元坐标系y、z轴的交点默认在剪切中心。如果不设置端点偏移，载荷通过剪切中心，截面不会发生扭曲，扭曲梯度 dθ/dx为零。如果存在端点偏移，截面可能会发生扭曲。设置了端点标识SA、SB，就可以输出扭曲梯度 dθ/dx的结果。

例子：

梁一段固定，另一端施加-y方向100N载荷。查看CBEAM单元的输入项如下：

  $*

NX Mesh Collector: Beam Collector(1)

  $* NX Mesh: 1d_mesh(1)

  $BEAM       EID    PID     GA     GB     X1     X2     X3OFFT/BIT

  CBEAM         1      1      1      2 0.00001.000000 0.0000       +

  $            PA     PB    W1A    W2A    W3A    W1B    W2B    W3B

  +                      7.210000 -10.000 0.00007.210000 -10.000 0.0000

  CBEAM         2      1      2      3 0.00001.000000 0.0000       +

  +                      7.210000 -10.000 0.00007.210000 -10.000 0.0000

  从以上内容中发现，NX没有给CBEAM单元设置端点标识SA、SB。我们可以在计算前手工编辑dat文件，在BULK DATA中增加以下代码：

  $*定义两个标量点

  SPOINT 101    102

  ……

  $*在末端（载荷端）的CBEAM单元定义中增加端点标识SA和SB，分别引用101和102这两个标量点

  CBEAM        10      1     10     11 0.00001.000000 0.0000       +

  +                      7.210000 -10.000 0.00007.210000 -10.000 0.0000+

  +   101   102

  另外，为了能够在f06文件中查看扭曲梯度dθ/dx的结果，还应在CASE CONTROL中增加以下代码：

  DISP = ALL

  修改完dat文件后，提交计算，打开f06文件文件查看位移结果。

最后一行中，标量点101的T1、T2就是扭曲梯度dθ/dx。验证方法如下：

末端10号和11号节点的R3分别是8.8834E-3和9.8705E-3，代表绕着z轴的转动角度(rad)，差值为0.9871E-3.

那么dθ/dx=(0.9871E-3)/10正好等于9.87E-5.

7、截面渐变梁（Tapered Beam）

Support\nast\misc\doc\linstat\beam2.dat，该模型描述了下面的截面渐变梁。

  查看dat文件，其中PBEAM的定义如下。EndA和EndB之间还有9个中间位置的截面属性，一共11个。直接求解可以在f06文件中查看结果。

8、PBCOMP

Alternate form of the PBEAM entry to define properties of a uniform cross-sectional beam referenced by a CBEAM entry. This entry is also used to specify lumped areas of the beam cross section for nonlinear analysis and/or composite analysis.

You can use the PBCOMP entry to input offset rods to define the beam’s section properties. A program automatically converts the data to an equivalent PBEAM entry.

PBCOMP是PBEAM属性的另一种形式，能够指定梁横截面上的集中质量，可用于非线性分析和复合材料分析。

  PBCOMP输入示例：

  PBCOMP,1,1 2800.00,,,,,0.0000,+

  +,,,0.0,0.0,0.0,0.0,2,+

  +,45.0,10.0,0.001122,9,,,,+

  +,30.0,25.0,0.001122,9,,,,+

  +,0.0,25.0,0.001122,9,,,,+

  +,-30.0,25.0,0.001122,9,,,,+

  +,-45.0,10.0,0.001122,9,,,,+

注意，使用对称截面时，对称轴上的质量集中区域也会被对称处理，也就是会重复。所以最好不要在使用对称截面的同时在对称轴上定义集中质量，如果非要这样定义，可以把该处的质量减半。

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