【干货】快速了解ANSYS中梁单元使用技巧，助您事半功倍！
梁单元是有限元分析经常遇到的单元，在化工设备中大型储罐的分析，经常会采用梁壳组合模型来模拟罐壁和罐顶；大型固体料仓的计算，也会采用梁壳单元进行建模。梁单元使用时，需要重点关注其网格划分，调整梁的方向和偏移量；其次是计算完成之后，需要提取出梁各个方向的力、弯矩、应力等参数，对梁结构的安全性进行评价。
1.梁截面和实常数
常用的梁单元有BEAM188和BEAM189单元。梁单元是线单元，需要定义其截面特性，可以通过截面（Section）来定义梁单元的截面形状，或者定义Section后再由软件计算相应的截面特性，再作为实常数输入。例如：输入工字钢：250×250×300×14×14×14的梁，输入截面尺寸之后，可以显示梁的截面尺寸，软件会自动计算出梁的截面积、惯性矩、截面形心等参数。
2.梁单元网格划分
ANSYS软件中，一般是通过定义截面尺寸的方式来制定梁截面的参数，为了确定截面的方向，对于每一根梁，都需要制定方向的关键点。如果梁截面处处一致的话，只需要为起点指定一个方向关键点就可以了。详细可以参考ANSYS分析设计人公 众号以前发表的文章《经典来袭|采用梁壳单元建模的时候如何确定梁的截面方向？》如果划分完网格之后，发现梁的法线方向相反，可以通过下列方式进行调整：GUI:Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Reverse Normals>of lines。下图是梁网格的划分：
3.梁单元载荷的施加
虽然梁单元是对线段划分网格得到的，但是在梁单元上施加力和弯矩却不是在线段上施加，而是直接对梁上的节点进行载荷的施加。对于此案例施加轴向压缩力F=6×105 N，施加Y方向弯矩MY=2×108 N.mm。
4.梁单元的后处理
梁单元的节点位移可以直接通过Plot Result输出，但梁单元的节点应力不能直接通过Plot Result输出，同样梁单元的应力也不能直接输出，必须以“单元表”的方式输出。
σ1=σ弯-σ轴=MY/W-F/A=2×108/1111566.151-6×105/10808=179.926-55.514=124.412MPa
σ2=0
σ3=-σ弯-σ轴=-MY/W-F/A=-179.926-55.514=235.44MPa
从理论计算可以看出，理论计算值与有限元求解的第一、第二、第三最大主应力一致，验证了有限元模型的正确定。
接下来要提取梁的轴向力、剪切力、轴向应力、弯曲应力等，需要进行单元表操作，首先需要从单元的帮助文件中找到相应的应力项的标识。例如查询BEAM188或BEAM189单元输出说明，可知沿Y向和Z向的弯曲应力标示分别为SBYT和SBZT，其I和J方向在结果输出表中对应的项分别为SMISC,32,37和SMISC,34,39。常用的如下表所示：
常用的输出项的APDL语言如下，其余的可以参照上表进行编写：
ETABLE,FX_I,SMISC,1
ETABLE,FX_J,SMISC,14 !轴向力
ETABLE,MY_I,SMISC,2
ETABLE,MY_J,SMISC,15 !MY方向弯矩
ETABLE,MZ_I,SMISC,3
ETABLE,MZ_J,SMISC,16 !MZ方向弯矩
ETABLE,SFZ_I,SMISC,5
ETABLE,SFZ_J,SMISC,18 !Z方向剪力
ETABLE,SFY_I,SMISC,6
ETABLE,SFY_J,SMISC,19 !Y方向剪力
ETABLE,SDIR_I,SMISC,31
ETABLE,SDIR_J,SMISC,36 !梁的轴向力
ETABLE,SBYT_I,SMISC,32
ETABLE,SBYT_J,SMISC,37 !+Y方向弯曲应力
ETABLE,SBYB_I,SMISC,33
ETABLE,SBYB_J,SMISC,38 !-Y方向弯曲应力
ETABLE,SBZT_I,SMISC,34
ETABLE,SBZT_J,SMISC,39 !+Z方向弯曲应力
ETABLE,SBZB_I,SMISC,35
ETABLE,SBZB_J,SMISC,40 !-Z方向弯曲应力
通过以上命令可以提取出梁的各个方向的力、轴向应力以及弯曲应力等参数，如下图所示，通过单元表进行提取，并与理论解进行了对比，求解的结果一致，验证了方法的正确性，为分析其它复杂梁壳结构打下基础。
5.向复杂化模型扩展
通过上面的简单悬臂梁实例，通过载荷加载，求解的结果与理论解一致。采用单元表来提取梁的载荷是可行的，进而我们可以采用该方法来分析大型储罐和固体料仓，提取出梁的载荷，并对其安全性进行评定。
