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2009-5-5 17:35:46

圆管构件截面主方向算例

问题起源：

Zsq朋友在留言薄中提到了圆管截面构件到底需不需要考虑截面方向的问题。

遇到问题我喜欢动手做做看，这样比较容易解决问题。有时候凭脑子想，想破头也还是没搞明白。就做一个简单算例吧。

算例描述：

如下图，一根柱子，底部节点1坐标为（0，0，0），上部节点2（0，0，1.5）。截面为Ф300×50，底部刚性约束，上端悬臂，作用有FX=1000KN的的节点力。目标是考察柱子底部节点的弯矩。这个问题很简单，手算可得底部节点弯矩为1500KN.M。

分为三种情况：（1）截面方向点3坐标为（0.5，0，0）；（2）截面方向点3的坐标为（0.5，0.5，0）（3）截面方向点3的坐标为（0，0.5，0）。

图1 计算模型

计算结果为：

情况（1）：MYI=-1500KN.M，MZI=0.116715KN.M；

情况（2）：MYI=-1061KN.M，MZI=1061KN.M；

情况（3）：MYI=0.116715KN.M，MZI=1500KN.M。

其实这个结果不用ansys算都能想到，很简单。之所以用ansys算一下，是觉得这样比较直观。比我说的的话更有说服力。

通过这个例子我想说明的是，其实截面方向要不要定义软件自身算的结果都是对的，但是对于软件提取的结果，可能不是我们需要的，而且往往偏小。

这个例子还不够明显，大家还是看一下下面的图片吧，想像一下：（1）如果所有杆件都是圆管截面；（2）网壳平面外杆件计算长度取1.6，而平面内杆件计算长度取0.9。有兴趣的朋友可以自己也做一个算例。

图2 某自由曲面网壳

图3 情况1

图4情况2

图5情况3

Tags: 圆管 欧拉角 截面主方向

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相关文章:
正确设置BEAM单元截面主方向 (2009-5-1 15:50:43)

1.qing
研究的精神和深度可嘉，学习中！
2009-5-5 19:09:33 回复该留言

2.tumu8420
出现这种结果的原因是不是结果表达的坐标系的导致的呢？好像element的结果数据是依据单元坐标系的，如果是依据卡迪尔坐标系的话就是一样的。node结果数据可以修改数据所采用的坐标系
cjc 于 2009-5-10 18:34:49 回复
正如文章中所讲，其实设置不设置方向点软件的计算结果都是正确的，只是软件默认的输出方式不一定是我们需要的，如果你更改单元或节点局部坐标系，应该可以得到与设置方向点相同的效果吧，个人认为。
仔细想来，设置截面主方向有两个功能：（1）是正确设置截面刚度方向；（2）是为了提取结果的方便及正确性。对于圆管来讲，其目的应该是达到第2个功能吧。
2009-5-10 16:20:08 回复该留言

3.tumu8420
在1、3情况下为什么您的结果是双向受弯呢？单元划分精度的问题吗？我依据你说的做法后1、3都是单向弯曲的
cjc 于 2009-5-10 18:36:18 回复
一开始我也看到了，觉得应该是误差吧。大家的理解应该没有问题。

由 cjc 于 2009-5-10 18:36:59 最后编辑
2009-5-10 16:25:14 回复该留言

4.tumu8420
我也按照你的思路验证了下，却发现没有您说的这种问题存在，特别是情况2（转45度）。在用beam189单元时确实是存在方向性问题，不知道是不是我哪里出错了，现附上命令流，请帮忙校核下
finish
/clear
/prep7
!et,1,beam189
!sectype,1,beam,I
!SECDATA,100,40,160,10,10,8
et,1,pipe16
r,1,140,14
MP,EX,1,2.6E6
MP,PRXY,1,0.3
K,1$K,2,,0,1500
K,3,0,500,500 !情况2，情况1是500，0，0；情况3，0，0，500
L,1,2
LATT,1,,1,,3
LESIZE,ALL,,,20
LMESH,ALL
EPLOT
/ESHAPE,1.0

/SOLU
D,1,ALL
F,2,FX,1
SOLVE

/POST1
etable,IMX,smisc,4
ETABLE,IMY,SMISC,5
ETABLE,IMZ,SMISC,6
PRETAB,IMX,IMY,IMZ
cjc 于 2009-5-11 9:09:31 回复
老兄，你想说明什么问题啦？你的命令流没有问题吧，看你用的是pipe16单元。
cjc 于 2009-5-11 11:18:04 回复
请看一下下面的命令流。PIPE16单元其实也有方向问题的。
finish
/clear
/prep7
!et,1,beam189
!sectype,1,beam,I
!SECDATA,100,40,160,10,10,8
et,1,pipe16
r,1,140,14
MP,EX,1,2.6E6
MP,PRXY,1,0.3
K,1$K,2,,0,1500
K,3,0,500,500 !情况2，情况1是500，0，0；情况3，0，0，500
L,1,2
LATT,1,,1,,3
LESIZE,ALL,,,20
LMESH,ALL
EPLOT
/ESHAPE,1.0
NMODIF,2, , , ,45,0,0,
F,2,FX,1
D,1,ALL

/SOLU
SOLVE
2009-5-11 8:34:22 回复该留言

5.LM
这是一个单元坐标系与提取结果的关系……

那个1061的结果反而保守？！参看《钢结构设计规范》5.2.1节和5.2.5节？？！
cjc 于 2009-5-11 15:17:29 回复
个人觉得不是保守与否的问题，如果真的这样做的话，就会因为操作不当给后期带来很多麻烦。或者是导致偏于保守的设计，人家300*10的就够了，可能会被设计成400*10的杆件。无论是偏大还是偏小都是不应该的。
其实，只要自己能够对后处理结果进行正确的计算，不设置截面主方向而采用软件默认值也没有关系！可能不同的人习惯不同而已。
2009-5-11 14:58:30 回复该留言

6.tumu8420
你采用NMODIF修改节点2的转角后可以发现FX和整体卡迪尔坐标轴X有了45度的夹角，最后显示MY=1061,MX=-1061,其实是相当于施加了FX=FY=0.7071的力(在卡迪尔坐标系中)，当然MY,MX都是不为0的。我觉得对于beam单元圆管截面是需要定义主方向的，而对于PIPE16单元定义了主方向好像没有什么用。
cjc 于 2009-5-11 15:19:59 回复
想想一下，与力平行方向的计算长度为1.6，而与之垂直方向的计算长度为0.9。自己算算看，其实我已经说了，软件算的没有问题的，只是我们用的时候不方便而已。
2009-5-11 15:16:40 回复该留言

7.zsq
'底部节点弯矩为1500KN.M。'
博主是指底部截面的弯矩吧，呵呵呵。
cjc 于 2009-6-7 17:30:37 回复
是底部截面弯矩。因为软件是在节点输出，所以总是习惯讲节点弯矩。
2009-6-7 16:33:51 回复该留言

8.nzr
请问一下：与力平行方向的计算长度为1.6，而与之垂直方向的计算长度为0.9如何在ANSYS中实现
cjc 于 2010-3-7 19:03:19 回复
计算长度是规范校核的时候才用到的，ansys是分析软件，不是设计软件，所以没有设计的问题，自然也没有考虑计算长度的功能。
cjc 于 2010-3-7 19:05:15 回复
文中只是举个例子而已。另外基于ansys平台，我们自己编织了规范校核软件，所以可以进行规范校核。所以，这个问题不是ansys本身中存在的问题。
2010-3-7 17:43:37 回复该留言

9.samengwu
在ansys中，关于方向点的定义是I,J,K三节点共同确定XZ面，无论什么单元，这是统一的，再由右手系确定ELEMENT坐标系的Y轴，理解这个原则就可以清楚的分析崔工的分析结果了。

崔工，我说的对吗
cjc 于 2010-11-2 18:42:10 回复
对的，就是右手法则
2010-11-1 20:30:04 回复该留言

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