【Abaqus基础】梁单元建模入门指南

何为梁？

以孙训方材料力学中关于梁的解答，主要承受弯曲变形的杆状构件称之为梁。

梁的存在，本质上是关于构件特性的一个宏观概括，而这样的一种概括引申出很多可以进行简化计算的假定，从而提高计算的效率，减少计算所需的时间和成本。

反应到我们的有限元软件中，在进行大型结构分析时，所对应的结构柱、梁、支撑等由于横截面的尺寸相对于其长度较小，可以简化为梁单元 进行分析，而不必建立精细化的实体单元进行求解。

ABAQUS 中梁单元的种类？

在软件中，梁单元采用首字母B进行标识，Bxx即代表梁单元的意思。

首先应区别梁的维度问题，在ABAQUS中梁先被区分为3D或是2D，再在此基础上分别细分。

三维空间中的梁用B3表示，二维空间中的梁用B2表示。

其次应区别梁的特性问题，在ABAQUS中梁被分为铁木辛柯梁 【Timoshenko (shear flexible) beams】和欧拉梁 【Euler-Bernoulli (slender) beams】两类，二者的主要区别在于铁木辛柯梁可以考虑剪切变形。欧拉梁一般被用于模拟细长梁，而铁木辛柯梁则既可以用于模拟细长梁，也可以用于模拟短粗梁。

欧拉梁包括B23，B23H，B33，B33H

铁木辛柯梁包括B21，B22，B31，B31OS，B32，B32OS

最后需要描述梁的节点个数，如两节点的梁单元【线性单元 】还是多节点的梁单元【非线性单元 】，一般来讲，多节点的梁单元插值函数会更加灵活，单元没有线性单元那么刚硬，但即便采用线性单元，也可以通过细分网格来达到同样的目的。

备选项按需设置，可设置可不设置，包括开口截面和杂交单元 ，分别用OS后缀和H后缀来表示。

上图表示ABAQUS下一个三维空间的两节点一次梁单元【线性单元】命名过程。

梁截面n1方向问题？

梁截面的方向问题是在采用梁单元时候必须要考虑的问题，因为一个梁他的摆放情况一定要给出具体的说明，比如一个三角形的梁，究竟他的角朝向哪边是符合我们结构的设计呢？这一功能实际上在笔者使用的大量工程绘图计算软件里面均有涉及，也不算是一种新功能了。

如上图所示，在精确定位梁的摆放时候需要给出梁的三个方向，n1，n2，t。前两个代表梁的横截面位置，后一个代表梁轴线方向。

t是一开始就已经确定好的，因为你先在图上画了一条线再去赋予它梁特性，这个画的线就已经给出了t的方向，所以不需要你去定义了。其次n2方向也不需要去定义了，因为n2实际上在横截面上与n1是垂直的关系，当你知道n1的方向以后，n2自然也就知道了，因此n2也不需要你去定义。这样说下来，你确定梁的摆放只需要输入n1的向量即可，因此在ABAQUS中软件需要你给出的仅有n1的方向向量值。

所以，原则上来讲，你需要通过计算t的向量来得出与之相垂直的n1方向，这样才能使梁的定位准确，但是在碰到许多交错杆件的时候，往往会碰到大量的n1方向需要去定义，这里有几种方法可以考虑采用：

1.手算或者二次开发进行向量运算去求得每一根梁所需求的n1方向，在软件里面一根一根点上并输入进去。

2.采用模糊的定义方法，ABAQUS允许n1不严格垂直于t，由于t是确定的，故你仅需要输入一个大致的n1方向，软件即可进行回推来得到正确的n1方向。也就是说，即使我输的n1和杆不垂直，也不会影响梁的方向赋予，但这个前提是你不能偏的太多，不能说n1都和t方向快一样了，这是绝对不允许的。

3.采用附加定位节点的方法，但这种方法需要去修改inp文件，且其建成的模型在CAE中无法查看具体形状位置，对于复杂结构来讲不建议采用。

梁截面选取？

梁截面的特性给出了该梁的截面面积，惯性矩，极惯性矩等力学特性，而这些力学特性显然与n1，n2的位置也有着很大的关系，故n1，n2的方向也要参考定义截面时候的参数输入进行确定和考虑。

当所给的截面库不满足用户需求时，比如你的截面是五角星形状，而截面库里并没有这种形状，那可以通过在截面中选取Generalized来定义该形状的力学特性，这样在计算时就会直接调用该截面的特性进行计算。

梁单元的基本注意事项和基础大概就是这些，具体在应用中需要注意到的更精密事项，还需要结合特殊问题来进行特殊处理，本文只是在大纲上起到一个统领作用，帮助初学者快速熟知一些必要操作与简单内容。