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Beam3单元描述： Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。本单元更详细的说明见《ANSYS, Inc. Theory Reference》，CAE
Beam3单元描述：

Beam3单元是一种可承受拉、压、弯作用的单轴单元。单元的每个节点有三个自由度，即沿x,y方向的线位移及绕Z轴的角位移。本单元更详细的说明见《ANSYS, Inc. Theory Reference》，CAE，有限元分析，其它的二维梁单元还有塑性梁单元Beam23及非对称变截面梁Beam54。

Beam3单元几何图形：

Beam3输入数据：

上图给出了单元的几何图形、节点位置及坐标系统。单元由两个节点、横截面面积、横截面惯性矩、截面高度及材料属性定义。。初始应变通过Δ/L给定，Δ为单元长度L（由I，J节点坐标算得）与0应变单元长度之差。

如果不计环向作用本单元也可进行轴对称体的分析，如对螺栓、带缝圆柱等。在轴对称分析时输入的面积和惯性矩应是全截面的。剪切变形量（SHERAR）是可选的，CAE，有限元分析，如给SHERAR赋值为0则表示忽略剪切变形（相关细节见Shear Deflection），当然剪切模量（GXY）只有在考虑剪切变形时才起作用。单元还可在实常数ADDMAS中输入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四个角上设定温度值，其被当做体荷载处理。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。

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：

l 考虑应力硬化时TIF，ON］；

l 一个以上的部件作用有角速度时OMEGA]；

l 通过命令CGOMGA, DOMEGA, or DCG/MG作用了角速度或加速度时。

BEAM3输入参数汇总：

节点：I, J

自由度：UX, UY, ROTZ

实常数：

AREA – 横截面面积

IZZ – 截面惯性矩

HEIGHT – 截面高

SHEARZ – 剪切变形系数

ISTRN – 初始应变

ADDMAS – 每单位长度附加质量

说明：剪切变形系数＝0，则在单元的Y方向没有剪切变形。

材料属性：EX, ALPX, DENS, GXY, DAMP

表面荷载：

压力-（括号内为压力正值作用方向）

face 1 (I-J) (-Y法线方向)

face 2 (I-J) (+X切线方向)

face 3 (I) (+X 轴向)

face 4 (J) (-X 轴向)

（如输入的压力为负值表示与几何模型图中方向反向作用)

体荷载：

温度作用 -- T1, T2, T3, T4

特性：

应力强化

大变形

单元生、死

单元选项：

KEYOPT(6) 控制杆件力和力矩输出的选项:

0 -- 不输出力和力矩

1 -- 在单元坐标系中输出力和力矩

KEYOPT(9) 用于控制该单元位于节点I，J中间点的数据输出

N -- 输出N个中间位置数据(N = 0, 1, 3, 5, 7, 9)

KEYOPT(10) 用于控制SFBEAM指令时线性变化的压力的偏移量的输入方法：

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

BEAM3输出数据：

求解输出信息主要包括两部分：

l 节点位移含全部节点解

l 单元其它输出信息见“BEAM3单元输出信息表”

“BEAM3应力输出图”说明了一些情况，有关求解输出的总体性介绍请见“Solution Output”，而有关结果内容察看的一些方法见“ANSYS Basic Analysis Guide”

BEAM3应力输出图

以下“单元输出信息表”中第一列给出了各输出项的名称，用命令ETABLE（POST1）及ESOL（POST26）可定义这些变量用于查询。第三列表示某一变量值是否在输出文件中给出，第四列某一变量值是否在结果文件中给出。

无论是第三还是第四列，“Y”表示可以输出，列中的具体数值则表示在满足特定条件时才输出，而“－”则表示不输出。

单元输出信息表

名称

定义

O

R

EL

单元号

Y

Y

NODES

单元节点- I, J

Y

Y

MAT

单元材料号

Y

Y

VOLU:

单元体积

N

Y

XC, YC

输出结果坐标

Y

3

TEMP

温度 T1, T2, T3, T4

Y

Y

PRES

压力 P1 at nodes I,J; 偏移量1 at I,J;P2 at I,J; 偏移量2 at I, J; P3 at I; P4 at J

Y

Y

SDIR

轴向直接应力

1

1

SBYT

梁内单元+Y面上的弯曲应力

1

1

SBYB

梁内单元-Y面上的弯曲应力

1

1

SMAX

大应力(直接应力+弯曲应力)

1

1

SMIN

小应力(直接应力-弯曲应力)

1

1

EPELDIR

端部轴向弹性应变

1

1

EPELBYT

梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

1

1

EPELBYB

梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

1

1

EPTHDIR

端点轴向热应变

1

1

EPTHBYT

梁内单元+Y面上的弯曲热应变

1

1

EPTHBYB

梁内单元-Y面上的弯曲热应变

1

1

EPINAXL

单元初始轴向应变

1

1

MFOR(X, Y)

单元坐标系中X，Y方向的力

2

Y

MMOMZ

单元坐标系中Z方向的弯矩

2

Y

说明：

1、每个单元的节点I，J及中间点（见KEYOPT（9））均列出该项结果；

2、如果KEYOPT(6) = 1；

3、仅在几何中心作*GET的一个项目可用。

“BEAM3项目和序号表”中列出了在后处理中可通过ETABLE命令加参数及数字序号的方法定义可列表察看的有关变量的细则。详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。下面是表格“BEAM3项目和序号表（KEYOPT（9）＝0）”到“BEAM3项目和序号表（KEYOPT（9）＝9）”的一些使用说明：

Name

指在“BEAM3单元输出信息表”中的有关变量。

Item

命令ETABLE中使用的参数。

E

单元数据为常数或单值时对应的序号。

I,J

节点I,J所对应的数字序号。

ILN

中间点的的顺序号

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 0)

Output Quantity Name

（变量名）

ETABLE 和 ESOL命令输入项

Item

E

I

J

SDIR　轴向直接应力

LS

SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力

LS

SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力

LS

EPELDIR　端部轴向弹性应变

LEPEL

EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPTHDIR　端点轴向热应变

LEPTH

EPTHBYT　梁内单元+Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPTHBYB　梁内单元-Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPINAXL　单元初始轴向应变

LEPTH

SMAX　大应力(直接应力+弯曲应力)

NMISC

SMIN　小应力(直接应力-弯曲应力)

NMISC

MFORX单元坐标系中X方向的力

SMISC

MFORY单元坐标系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　单元坐标系中Z方向的弯矩

SMISC

P1　压力1在节点 I,J间

SMISC

OFFST1压力1距节点偏移量

SMISC

P2　压力2在节点 I,J间

SMISC

OFFST2　压力2距节点偏移量

SMISC

P3　压力3

SMISC

P4　压力4

SMISC

Pseudo Node（假节点）

TEMP　温度

LBFE

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 1)

Output Quantity Name

（变量名）

ETABLE 和 ESOL命令输入项

Item

E

I

ILI

J

SDIR　轴向直接应力

LS

SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力

LS

SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力

LS

EPELDIR　端部轴向弹性应变

LEPEL

EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPTHDIR　端点轴向热应变

LEPTH

EPTHBYT　梁内单元+Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPTHBYB　梁内单元-Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPINAXL　单元初始轴向应变

LEPTH

SMAX　大应力(直接应力+弯曲应力)

NMISC

SMIN　小应力(直接应力-弯曲应力)

NMISC

MFORX单元坐标系中X方向的力

SMISC

MFORY单元坐标系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　单元坐标系中Z方向的弯矩

SMISC

P1　压力1在节点 I,J间

SMISC

OFFST1压力1距节点偏移量

SMISC

P2　压力2在节点 I,J间

SMISC

OFFST2　压力2距节点偏移量

SMISC

P3　压力3

SMISC

P4　压力4

SMISC

Pseudo Node（假节点）

TEMP　温度

LBFE

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 3)

Output Quantity Name

（变量名）

ETABLE 和 ESOL命令输入项

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

J

SDIR　轴向直接应力

LS

SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力

LS

SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力

LS

EPELDIR　端部轴向弹性应变

LEPEL

EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPTHDIR　端点轴向热应变

LEPTH

EPTHBYT　梁内单元+Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPTHBYB　梁内单元-Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPINAXL　单元初始轴向应变

LEPTH

SMAX　大应力(直接应力+弯曲应力)

NMISC

SMIN　小应力(直接应力-弯曲应力)

NMISC

MFORX单元坐标系中X方向的力

SMISC

MFORY单元坐标系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　单元坐标系中Z方向的弯矩

SMISC

P1　压力1在节点 I,J间

SMISC

OFFST1压力1距节点偏移量

SMISC

P2　压力2在节点 I,J间

SMISC

OFFST2　压力2距节点偏移量

SMISC

P3　压力3

SMISC

P4　压力4

SMISC

40

Pseudo Node（假节点）

TEMP　温度

LBFE

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 5)

Output Quantity Name

（变量名）

ETABLE 和 ESOL命令输入项

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

IL4

IL5

J

SDIR　轴向直接应力

LS

SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力

LS

SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力

LS

EPELDIR　端部轴向弹性应变

LEPEL

EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPTHDIR　端点轴向热应变

LEPTH

EPTHBYT　梁内单元+Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPTHBYB　梁内单元-Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPINAXL　单元初始轴向应变

LEPTH

SMAX　大应力(直接应力+弯曲应力)

NMISC

SMIN　小应力(直接应力-弯曲应力)

NMISC

MFORX单元坐标系中X方向的力

SMISC

MFORY单元坐标系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　单元坐标系中Z方向的弯矩

SMISC

P1　压力1在节点 I,J间

SMISC

OFFST1压力1距节点偏移量

SMISC

P2　压力2在节点 I,J间

SMISC

OFFST2　压力2距节点偏移量

SMISC

P3　压力3

SMISC

P4　压力4

SMISC

Pseudo Node(假节点)

TEMP　温度

LBFE

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 7)

Output Quantity Name

（变量名）

ETABLE 和 ESOL命令输入项

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

IL4

IL5

IL6

IL7

J

SDIR　轴向直接应力

LS
SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力

LS

SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力

LS

EPELDIR　端部轴向弹性应变

LEPEL

EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPTHDIR　端点轴向热应变

LEPTH

EPTHBYT　梁内单元+Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPTHBYB　梁内单元-Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPINAXL　单元初始轴向应变

LEPTH

SMAX　大应力(直接应力+弯曲应力)

NMISC

SMIN　小应力(直接应力-弯曲应力)

NMISC

MFORX单元坐标系中X方向的力

SMISC

MFORY单元坐标系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　单元坐标系中Z方向的弯矩

SMISC

P1　压力1在节点 I,J间

SMISC

OFFST1压力1距节点偏移量

SMISC

P2　压力2在节点 I,J间

SMISC

OFFST2　压力2距节点偏移量

SMISC

P3　压力3

SMISC
P4　压力4

SMISC

Pseudo Node(假节点)

TEMP 温度

LBFE

BEAM3项目和序号表(KEYOPT(9) = 9)

Output Quantity Name

（变量名）

ETABLE 和 ESOL命令输入项

Item

E

I

IL1

IL2

IL3

IL4

IL5

IL6

IL7

IL8

IL9

J

SDIR　轴向直接应力

LS

SBYT梁内单元+Y面上的弯曲应力

LS
SBYB梁内单元-Y面上的弯曲应力

LS

EPELDIR　端部轴向弹性应变

LEPEL

EPELBYT梁内单元+Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPELBYB梁内单元-Y面上的弯曲弹性应变

LEPEL

EPTHDIR　端点轴向热应变

LEPTH

EPTHBYT　梁内单元+Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPTHBYB　梁内单元-Y面上的弯曲热应变

LEPTH

EPINAXL　单元初始轴向应变

LEPTH

SMAX　大应力(直接应力+弯曲应力)

NMISC

SMIN　小应力(直接应力-弯曲应力)

NMISC

MFORX单元坐标系中X方向的力

SMISC

MFORY单元坐标系中Y方向的力

SMISC

MMOMZ　单元坐标系中Z方向的弯矩

SMISC

P1　压力1在节点 I,J间

SMISC

OFFST1压力1距节点偏移量

SMISC

P2　压力2在节点 I,J间

SMISC

OFFST2　压力2距节点偏移量

SMISC

P3　压力3

SMISC

P4　压力4

SMISC

Pseudo Node(假节点)

TEMP

LBFE

假设与限制:

l 梁单元必须位于X-Y平面内，长度及面积不可为0;

l 对任何形状截面的梁等效高度必须先行决定，因为弯曲应力的计算为中性轴至外边的距离为高度的一半；

l 单元高度仅用于弯曲及热应力的计算；

l 作用的温度梯度假定为沿长度方向线性通过等效高度；

l 若不使用大变形时，转动惯量可为0。