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3-D 弹性 变截面（Tapered）非对称 梁
Element Description
是一种具有承受拉、压、扭转和弯曲能力的单轴梁。单元每个节点有6个自由度：x、y、z方向的平移和x、y、z轴向的转动。这个单元2DBEAM54BEAM188BEAM189BEAM44
对于剪切变形的作用是可选的。例外一个可选是可显示在单元力作用单元上ANSYS& & &
and 命令来建立任何形状的横截面。但是只有当没有定义实常数时，上面的定义截面的命令才有效。
图&44.1& BEAM44
BEAM44 输入数据
单元的几何模型、节点位置和坐标系如图44.1所示。单元由参考坐标(x',
y', z')和偏移量来定位。这个参考坐标由I、J和K节点或方向角来定义，如图44.1所示。梁的主轴为单元坐标系(x,
y, z)中沿X方向，并经过横截面中心(C.G.)。
(θ = 0°)
用实常数来描述梁的横截面，需要定义面积、面积惯性矩、端点到形心的距离，形心的偏移，和剪切系数。IZ和IY两个惯性矩是在单元主轴的侧面。截面
1（IX1）的扭转惯性矩如果没有特别说明，那其值就默认为在截面1的极惯性矩（IZ1+IY1）。截面2
的转动惯性矩（IX2,IY2和IZ2），如果空白，就默认为对应截面1的值。单元的扭转刚度随着IX的值而减小。
& & 偏移量常数(DX,
DY, DZ)由截面中心位置相对节点位置来定义。沿着单元坐标系正向的位置为正。所有截面2
处实常数（除了中心偏移实常数DX, DY, 和 DZ)如果为0，则都默认为其对应截面
1 处的值。截面1节点的上层厚度（the &bottom& thicknesses），TKZT1
和 TKYT1，分别默认为截面1节点的下层厚度（the &bottom&
thicknesses），TKZB1 and TKYB1。截面 2节点的上层厚度（the
&bottom& thicknesses），TKZT2 和 TKYT2，也分别默认为截面 2节点的下层厚度（the
&bottom& thicknesses），TKZB2 and TKYB2。上层厚度为顶点到截面中心的距离，下层厚度为底点到截面中心的距离。
& & 剪切变形系数（SHEARZ和SHEARY）只有在考虑剪切变形时才使用。某个方向上剪切系数为0，一般用在忽略该方向上的剪切变形。查看剪切变形细节。
& & 如果没有实常数定义，使用
和 命令来分别定义横截面（细节查看《ANSYS结构分析指南》中的梁分析和横截面）。注意使用
和 命令建立的截面可以在同一个模型中被BEAM44,
和 中的任何组合使用。截面与单元用截面号()来关联，截面号是独立的单元属性。
KEYOPT(2)允许缩减质量矩阵（reduced mass
matrix）表达（删除转动方向的自由度）。这个选项有助于改善在分析细长杆在质量荷载（mass
loading）下计算得到弯曲应力结果。
KEYOPT(7) 和 KEYOPT(8)允许在单元坐标系上节点上的单元节点约束释放。在做自由运动时，节点约束则不能释放，同时将会有pivot警告和错误信息。同时，应力刚度矩阵的平移自由度上不能进行节点约束释放。作用在节点约束释放方向上的荷载将被忽略。对于大变形，注意到单元的节点约束释放是沿着单元的方向，但是在节点耦合处不释放。在没有节点约束释放的模型中添加柔性（低弹性模量）梁单元有助于提高解的稳定性。
& & 剪切面积(ARES_
_)和扭转应力系数(TSF_)
在非零时，将起作用。剪切面积仅仅是为了计算剪切应力，一般小于实际横截面的面积。扭惯性矩乘上扭转应力系数可计算得到扭转剪切应力。扭转剪切系数一般可在结构手册上查到。对于圆截面，TSF=直径/(2*IX)。
& & 对于有些梁的截面，剪切中心可以与形心不重合。非零的剪切中间偏移(DSC_
_)应该按图44.1“梁几何模型”所示的输入。剪切中心偏移以形心沿单元坐标系正向为正。截面
2节点的偏移值如果为0，则默认为截面1节点的数值。如图44.2“梁的应力输出”所示，如果从Y1到Z4的常数给定，梁每端可以输出给定点4个点的附加应力。
& & 弹性基础刚度(EFS_)是基础产生单位法向变形所需的压力。当EFS_为0时，可以忽略这个性能。单元的初始应变（ISTRN）通过Δ/L给定，这里的Δ是单元长度L（由节点I和J的坐标所决定）与零应变时的长度之差。参数ADDMAS要输入的值是每单位长度的附加质量。
“节点与单元荷载”一节对“单元荷载”有专门介绍。可以在本单元的表面施加面荷载，如上图中带圈数字所示，其中箭头指向为面荷载作用正向。横向均布压力的单位为力每单位长度，端点作用的压力应以集中力的形式输入。KEYOPT（10）用来控制线性变化的横向压力相对单元节点的偏移量。可在单元几何图形的八个角上设定温度值，其被当作体荷载处理。第一个角上的温度T1的默认值为TUNIF，如其它角的温度未给定时其默认值等于第一个角的温度，如给定了T1和T2则T3的默认值为T2，T4的默认值为T1；T5到T8的值默认与T1到T4的值相对应。对于其他输入方法，没有定义温度，则都默认TUNIF。
KEYOPT（9）用来控制两节点中间部分相关值的输出情况，值是按平衡条件得出的。但在下列情况下这些值不能得到：
考虑应力硬化时［SSTIF，ON］；
一个以上的部件作用有角速度时［]；
or 作用了角速度或加速度时。
&概要的单元输入在“BEAM44
输入概要”中有介绍。单元输入的一般描述在“单元输入”中有介绍。
节点 I, J, K (K 方向节点可选)
自由度 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
查阅获得实常数的描述
材料属性 &EX,
ALPX (or CTEX or THSX), DENS, GXY, DAMP
负值表示反方向面荷载
T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8
KEYOPT(2) 集总质量矩阵:
0&--& 协调
1&--& 缩减
KEYOPT(6) 输出力和力矩:
0&--& 没有力的输出
1&--& 输出在单元坐标系下的力和力矩
KEYOPT(7) &I节点约束释放:
1&--& 单元Z轴约束释放
10&--& 单元Y轴约束释放
100&--& 单元X轴约束释放
1000&--& 单元Z方向约束释放
10000&--& 单元Y方向约束释放
100000&--& 单元X方向约束释放
为了组合这些约束释放,
可以输入这些数字的和(例如输入11表示Z轴和Y轴转动).
KEYOPT(8) 与 KEYOPT(7)相同 只表示在J节点:
KEYOPT(9) 控制单元节点间计算点的输出情况
N&--& 输出计算点数（N＝0,1，3,5，7,9）
KEYOPT(10) 用于控制用SFBEAM指令输入荷载偏移量的输入方法:
0&--& 以长度为单位，直接输入压力相对于I，J节点的偏移量
1&--& 以偏移量与单元长度的比值为单位（0～1），用相对值形式输入偏移
SHEARZ 与 IZ相关. 如果 SHEARZ = 0.0, 表示在Y方向上没有剪切变形.
SHEARY与 IY相关. 如果 SHEARY = 0.0, 表示在Z方向上没有剪切变形
表&44.1& BEAM44
截面1的面积
截面1惯性矩
截面1的Z方向和Y方向的下层厚度
截面1扭转惯性矩
截面2的面积
截面2惯性矩
截面2的Z方向和Y方向的下层厚度
截面1扭转惯性矩
截面1的方向的形心偏移量
截面2的方向的形心偏移量
Z方向和Y方向上的剪切变形系数
截面1的Z方向和Y方向的上层厚度
截面2的Z方向和Y方向的上层厚度
截面1上Z方向和Y方向的剪切面积
截面2上Z方向和Y方向的剪切面积
每个截面的扭转应力系数
截面1的剪切中心偏移量
截面2的剪切中心偏移量
截面1附加应力输出坐标值系列1
截面1附加应力输出坐标值系列2
截面1附加应力输出坐标值系列3
截面1附加应力输出坐标值系列4
截面2附加应力输出坐标值系列1
截面2附加应力输出坐标值系列2
截面2附加应力输出坐标值系列3
截面2附加应力输出坐标值系列4
附加质量/单位长度
BEAM44 输出数据
单元的求解结果总体为以下两部分：
l& & & 全部节点解包括节点位移解；
l单元解，细则见“BEAM4单元输出数据一览表”
图44.2“BEAM44应力输出”已经图示了几种情况。在每个截面计算结果包括轴向应力和4个弯曲应力。这是5个应力值组合起来以矩形截面形式得到最大和最小应力。如果从Y1到Z4的实数给定，在任何点的组合应力也可以计算得到，如果图44.2“BEAM44应力输出”所示。对于KEYOPT(6) = 1的单元，12个弯距和轴力（每边6个）也可以输出（在单元坐标系上）。单元的X轴通过截面的重心。如果实常数25～30(ARES_
_, TSF_)给定，平均剪切应力和扭转应力也可以输出。如果他们都为0，剪切应力和扭转应力的输入将无效。如果设置了KEYOPT(9)，还可以输出2个端点之间的点的值。有关求解输出的总体性介绍请见“”，而有关结果内容察看的一些方法见“”
如果输入,1
，3D显示的BEAM44单元只仅限在ANSYS前处理器中，后处理器将无法显示3D效果。
图&44.2& BEAM44
单位输出定义表使用下面符号：
Jobname.OUT
表&44.2& BEAM44
单元输出定义
输出结果坐标
压力P1 at nodes I, J; 偏移量1 at
I, J; 压力P2 at I, J; 偏移量2 at I,
J; 压力P3 at I, J; 偏移量3 at I, J; 压力P4
at I; 压力P5 at J
轴向正应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元-Z面上的弯曲应力
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元-Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
定义点的组合应力
元坐标系中X，Y，Z方向的力
单元坐标系中X，Y，Z方向的弯矩
这些项目在I截面重复,
中间计算点(查看 KEYOPT(9)), 和J截面
只在实常数25-30给定时输出
只在实常数37-52给定时输出
如果KEYOPT(6)
在中心点使用
命令使用序列号列表输出. 查看
得到更多信息.下面符号使用在 :
Name 输出数量的定义在
Item etable
E &单值或实常数的序号
I,J &节点数据的序号
ILn节点间计算点n的序号
SPn n计算点的计算项目
表44.3& BEAM44
项目和序号 (KEYOPT(9) = 0)
输出项目名称
轴向直接应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元－Z面上的弯曲应力
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元－Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
单元坐标系中X方向的力
单元坐标系中Y方向的力
单元坐标系中Z方向的力
单元坐标系中X方向的弯矩
单元坐标系中Y方向的弯矩
单元坐标系中Z方向的弯矩
剪应力（Y向）
剪应力（Z向）
剪应力（扭转）
P1　压力1在节点
OFFST1压力1距节点偏移量
P2　压力2在节点
OFFST2压力2距节点偏移量
P3　压力3在节点 I,J间
OFFST3压力3距节点偏移量
1点的组合应力
2点的组合应力
3点的组合应力
4点的组合应力
表44.4& BEAM44
项目和序号(KEYOPT(9) = 1)
输出姓名名称
轴向直接应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元－Z面上的弯曲应力
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元－Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
单元坐标系中X方向的力
单元坐标系中Y方向的力
单元坐标系中Z方向的力
单元坐标系中X方向的弯矩
单元坐标系中Y方向的弯矩
单元坐标系中Z方向的弯矩
剪应力（Y向）
剪应力（Z向）
剪应力（扭转）
P1　压力1在节点
OFFST1压力1距节点偏移量
P2　压力2在节点
OFFST2压力2距节点偏移量
P3　压力3在节点 I,J间
OFFST3压力3距节点偏移量
1点的组合应力
2点的组合应力
3点的组合应力
4点的组合应力
表44.5& BEAM44
项目和序号(KEYOPT(9) = 3)
输出项目名称
轴向直接应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元－Z面上的弯曲应力
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元－Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
单元坐标系中X方向的力
单元坐标系中Y方向的力
单元坐标系中Z方向的力
单元坐标系中X方向的弯矩
单元坐标系中Y方向的弯矩
单元坐标系中Z方向的弯矩
剪应力（Y向）
剪应力（Z向）
剪应力（扭转）
P1　压力1在节点
OFFST1压力1距节点偏移量
P2　压力2在节点
OFFST2压力2距节点偏移量
P3　压力3在节点 I,J间
OFFST3压力3距节点偏移量
1点的组合应力
2点的组合应力
3点的组合应力
4点的组合应力
Table&44.6& BEAM44 Item and Sequence
Numbers (KEYOPT(9) = 5)
输出项目名称
轴向直接应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元－Z面上的弯曲应力
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元－Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
单元坐标系中X方向的力
单元坐标系中Y方向的力
单元坐标系中Z方向的力
单元坐标系中X方向的弯矩
单元坐标系中Y方向的弯矩
单元坐标系中Z方向的弯矩
剪应力（Y向）
剪应力（Z向）
剪应力（扭转）
P1　压力1在节点
OFFST1压力1距节点偏移量
P2　压力2在节点
OFFST2压力2距节点偏移量
P3　压力3在节点 I,J间
OFFST3压力3距节点偏移量
1点的组合应力
2点的组合应力
3点的组合应力
4点的组合应力
Table&44.7& BEAM44 Item and Sequence
Numbers (KEYOPT(9) = 7)
输出项目名称
轴向直接应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元－Z面上的弯曲应力
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元－Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
单元坐标系中X方向的力
单元坐标系中Y方向的力
单元坐标系中Z方向的力
单元坐标系中X方向的弯矩
单元坐标系中Y方向的弯矩
单元坐标系中Z方向的弯矩
剪应力（Y向）
剪应力（Z向）
剪应力（扭转）
P1　压力1在节点
OFFST1压力1距节点偏移量
P2　压力2在节点
OFFST2压力2距节点偏移量
P3　压力3在节点 I,J间
OFFST3压力3距节点偏移量
1点的组合应力
2点的组合应力
3点的组合应力
4点的组合应力
Table&44.8& BEAM44 Item and Sequence
Numbers (KEYOPT(9) = 9)
输出项目名称
轴向直接应力
梁内单元+Y面上的弯曲应力
梁内单元-Y面上的弯曲应力
梁内单元+Z面上的弯曲应力
梁内单元－Z面上的弯曲应力
端部轴向弹性应变
梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变
梁内单元+Z面上的弯曲弹性应变
梁内单元－Z面上的弯曲弹性应变
端点轴向热应变
梁内单元+Y面上的弯曲热应变
梁内单元-Y面上的弯曲热应变
梁内单元+Z面上的弯曲热应变
梁内单元－Z面上的弯曲热应变
单元初始轴向应变
最大应力(正应力+弯曲应力)
最小应力(正应力-弯曲应力)
单元坐标系中X方向的力
单元坐标系中Y方向的力
单元坐标系中Z方向的力
单元坐标系中X方向的弯矩
单元坐标系中Y方向的弯矩
单元坐标系中Z方向的弯矩
剪应力（Y向）
剪应力（Z向）
剪应力（扭转）
P1　压力1在节点
OFFST1压力1距节点偏移量
P2　压力2在节点
OFFST2压力2距节点偏移量
P3　压力3在节点 I,J间
OFFST3压力3距节点偏移量
1点的组合应力
2点的组合应力
3点的组合应力
4点的组合应力
BEAM44 假设与限制
长度及面积不可为0，当不进行大变形分析时惯性矩可以为0;
当使用截面属性来建立BEAM44时，因为不计算剪切面积，所有没有剪切应力输出，使用BEAM188和BEAM189输出和显示剪切应力；
单元的厚度用来在应力计算中定位边界和计算温度梯度；
单元中的锥形，如果有的话，必须是梯度变化的。如果AREA2/AREA1
或 I2/I1 不在0.5和2.0之间，将提示一个警告信息。如果这个比值在0.1到10.0范围之外，则提示一个错误信息。单元截面不能够变化到0。
作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；
梁的弯曲长度的调整为了解决偏移量的影响。这个补偿长度被认为梁的刚性部分。梁旋转后，侧面偏移量不等，同时引起相应梁弯曲长度的减小。侧面偏移量的不同不能超过梁的长度。在节点（如果0偏移梁）的角加速度引起旋转体力
剪切应力是基于剪切力而不是剪变形
BEAM44能够用,
and 命令来建立任何截面，但是只有当没有定义实常数时才有效。
and 命令定义的不对称截面，必须转换成主坐标系。这个坐标系由THETA实常数定义。实常数和输出数据在主坐标系下计算。注意，对规则多边形的小改动可能导致主坐标轴的大转动。
与BEAM188和BEAM189不同，BEAM44单元不在截面上做数值积分。
如果输入,1命令：在后处理器里，不能显示3-D形式的云母图。
在单元Y和Z方向位移释放的时候，不允许使用集中质量矩阵表达[,ON]。另外，由于质量矩阵偏移的影响，将忽略集中质量矩阵BEAM44
当使用以下产品时，还将受到以下限制：
ANSYS 专业版.&
不允许使用阻尼材料属性.
仅有的特性是应力强化和大变形[转载]ansys六个应力的物理意义
要看你输出的时候以那个坐标系为准，在定义的坐标系里，syz就是yz坐标定义的平面内的剪力
这三个就是三个方向的剪应力。SYZ的方向是这样确定的：作用平面的法线是Y方向的，即在Y为常数的平面上，应力的方向是Z方向的。
&xy shear 应当为 xy平面上的力，但是正方向是x还是
X_ stress:
轴向应力（轴向力产生的应力与弯矩产生应力的组合叠加）无论轴的实际方向为何向,此方向对BEAM188来说显示的都是轴向应力
Y_ stress: 无意义
Z_ stress: 无意义
XY_ shear stress：XY平面的切应力
YZ_ shear stress：YZ平面的切应力
XZ_ shear stress：XZ平面的切应力
正应力代表受拉应力，负应力号代表受压应力
剪应力的正负与材料力学定义的相反,当直角增大时为负,相反为正
材料力学中，剪应力txy的意思不是“x代表所求面的法线，y代表这个面上的y方向的剪应力，如果为正，说明剪应力在这个面上与y正方向相同，为负，说明剪应力在这个面上与y方向相反”吗？
SX,SY,SZ方向应力和SXY,SYZ，SXZ,即X，Y,Z方向应力和三个方向的剪应力。
S1，S2，S3，即分别在三个强度理论下的三个主应力。
SINT：stress
intensity（应力强度），是由第三强度理论得到的当量应力，其值为第一主应力减去第三主应力。
Mises是一种屈服准则,屈服准则的值我们通常叫等效应力。Ansys后处理中"Von Mises
Stress"我们习惯称Mises等效应力，它遵循材料力学第四强度理论(形状改变比能理论)。
第三强度理论认为最大剪应力是引起流动破坏的主要原因，如低碳钢拉伸时在与轴线成45度的截面上发生最大剪应力，材料沿着这个平面发生滑移，出现滑移线。这一理论比较好的解释了塑性材料出现塑性变形的现象。形式简单，但结果偏于安全。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料流动破坏的主要原因，钢材等塑性材料遵循第四强度理论，结果更符合实际。
一般材料在外力作用下产生塑性变形，以流动形式破坏时，应该采用第三或第四强度理论。压力容器上用第三强度理论（安全第一），其它多用第四强度理论。
XY代表剪应力的方向,其中,第一个字母代表平面的法线方向,第二个字母代表在该平面内剪应力的方向
τxy：x表示作用的平面，y表示应力分量的方向
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