梁单元无法模拟局部细节，需要使用实体单元或壳单元

    本号前作《ANSYS梁单元的分析结果解读》介绍了梁单元的使用。使用梁单元进行有限元分析的优点是可以大幅降低模型的求解规模，缺点在于不能进行结构细节的研究，比如梁柱或梁梁连接处。进行结构的细节研究，需要使用壳单元或者实体单元。

    梁柱和梁梁连接处属于截面突变位置。在弹性分析中，截面突变位置往往会导致应力奇异现象，即应力随着网格细化会不断增大。比如下图中，梁的翼缘由于凸块的存在，会导致局部应力变大。

    建立三个横截面一致的几何模型，分别为线体、实体、面体。对应于后续的分析单元为梁单元、实体单元、壳单元。

    实体模型由于凸块的存在，划分为六面体网格需要提前进行切分。

    面体和线体模型，网格划分较为简单。

    简支梁，翼缘板上施加均布载荷。

    查看梁单元模型的弯矩。

    查看梁截面的惯性矩。

    弯曲应力的计算公式。

500/4.6105=108.448MPa

    查看梁单元模型的弯曲应力。仿真解和公式解完全一致。

    查看壳单元模型的等效应力。仿真解和公式解基本一致。

    查看实体单元模型的等效应力。

    凸块附近翼缘的等效应力分布，存在明显的应力集中现象，导致局部应力远大于公式解。

    抑制凸块重新进行分析，实体模型的等效应力。仿真解和公式解基本一致。

    1）梁单元，实体单元，壳单元都可以对梁模型进行有效的分析。

    2）如果需要考虑结构细节的影响，不能使用梁单元，可以使用实体单元或者壳单元。对于由板构成的结构，推荐使用壳单元，既能够捕捉结构细节影响，也容易划分网格，并且计算规模一般也不会太大。

    3）截面突变可能会导致局部出现应力集中现象（应力奇异现象属于应力集中），局部最大应力在当前网格密度下可能就超过了设计许用应力，并且局部最大应力随着网格的细化会一直增大。这可能会给结果解读带来困难。在使用实体单元和壳单元时需要注意这个问题。

    4）在实际物理世界，真实结构也会因为截面突变导致局部应力增大，即也存在应力集中现象。但对于碳钢或铸件等常用工程材料来说，材料的应力越大，对应的杨氏模量(应变增量比应力增量)也越低，所以真实结构的应力集中程度要弱于有限元弹性分析表现出的应力集中程度。这就解释了，仿真中的局部应力超标了，但真实结构是安全的，这一矛盾。

    5）在实际工程中，有限元弹性分析是最常用的分析类型。对于截面变化位置，比如梁柱节点或梁梁节点等位置，本号建议网格不宜划分过小，否则应力急剧增大，很可能会超标，导致不好解释的局面（对懂行的人好解释）。即便截面突变位置的网格和全局网格大小接近，也可能会出现局部应力超标的问题，这种现象一方面要注意，名义应力可能已经比较大（排除应力集中导致的额外应力），一方面也要注意，局部超标不代表一定不合格，需要酌情综合考虑。