CBAR单元的应用

 

不变属性的简单梁（对称恒定截面），可使用CBAR或CBEAM单元。需要记住的是，在CBAR单元中，单元的原点坐标系中心是横截面的剪切中心（剪切中心与中性轴重合），中性轴与剪切中心的任何偏移均不考虑。因此，CBAR单元一般不用于扭曲梁，比如开口截面的情况。因为CBAR单元的横截面不变。换句话说，当创建开口或非对称截面梁进，需特别注意单元类型的选取。

 

下面的横截面都是可以选用的：

 

 

 

 

横截面的属性，剪切弹性因子和stress recovery points (C, D, E,和 F)可用TYPE和DIMi计算得到，如下所示。

由于CBAR和CBEAM均考虑需要，单元及其横截面的法向因而很重要（因为其自动定义预定义应力还原点的位置，如下所示）。

 

 

 

创建CBAR或CBEAM单元就像创建CROD单元一样的简单（以Line Mesh 面板为例）。

 

 

 

这次element config设定为bar2(若错过此步，可随后更新单元配置)。

再次使用HyperBeam及OptiStruct库来定义横截面。

 

 

 

1. 创建（手动）CBAR或CBEAM单元：

从Bars面板开始划网格（Mesh > Create > 1D Elements > Bars）

 

 

 

2. 设定横截面属性（用HyperBeam）

 

 

 

使用standard section library 的OPTISTRUCT。

 

 

 

再次在HyperBeam中交互式更改横截面的属性。Beamsection命名为rod_library，beamsection集命名为rod。

 

3. 在属性集中，卡片信息选择PBARL，L指参照数据库中的横截面（名字为steel的材料事先已建好）。

 

 

 

材料集的卡片信息为：

 

 

 

对比之前例子中PROD的卡片信息。这里，横截面类型(CStype)在HyperBeam中定义为ROD，DIM1相当于杆的半径，PID是属性集的编号，MID是材料集的编号，beamsec代表之前创建的横截面。

 

4. 前面讲过，必须关注横截面的法向（单元法向和应力恢复点的“位置”）。

 

 

 

单元局部坐标系X－方向由其第一个点（A）及第二个点（B）确定，其总法向也就是单元的局部XY平面（平面1），由方向v和局部的x轴定义。但方向v的定义需遵从局部坐标系。注，更多的信息可参考帮助文档(help hwsolvershwsolvers.htm, then Index > CBEAM or CBAR)。使用Bars面板查看或更新单元法向（Mesh > Edit >1D Elements > Bars）。

 

此例中，方向v平行于整体坐标系的y向，也就是ycomp=1。因此，应力还原点C位于杆的“上方”。

关于应力还原点，其位置最终定义的是方程σ= Mc/I中的c：

 

 

 

 

M＝力矩，c是到中性线的距离（也就是应力还原点），I=转动惯量。基于c，Optistruct计算杆或其表面的应力。

实际上，应力还原点是由使横截面应力最大的特定位置计算而来的。

单元应力的可视化评估单元应力开启一个非常不同的方面。对于CBAR（CBEAM）单元，应力还原点C, D, E, F决定应力（看上述说明）。这个应力值随后用来画出整个CBAR/CBEAM单元的轮廓线。

 

在HyperView中，必须指定A点、B点及关注的应力还原点，比如，A点和还原点C的纵向应力。Pins a, pins b, offset a and offset b的含义是什么？目前为止，Bars面板用来手动创建CBAR (或 CBEAM)单元。

 

 

 

pins a and pins b

“pin”指的是1D单元的平动与转动（自由度）。也就是说，如果1D单元需要传递所有的平动与转动，“pins a” 和 “pins b”必须设为0。如果某固定的自由度必须要“消除”，则相应的a点或b点（甚至二者）相应的pin需被设定。

 

例如，对于沿X轴方向的转动（dof 4），当设定pins b=4时，从b点到其接触单元的不能平动，但1D单元可沿其X轴转动，但此转动不能传递到B点相邻的单元上。

 

offset a, offset b:因为Bar单元是用1维单元来表征3维物体，这些数值代表现实中从bar单元的边缘到中性轴的距离。

 

例如，如果bar是圆柱形状，a点和b点将决定bar的边缘与其他单元的在哪里连接。偏移量会确定bar的中性轴相对于

连接点的位置。

 

 

 

但是，单元的“内部”节点a和b偏移使之贴近“真正”的几何。这种偏移仅在激活3D单元表示 时方可视化。

 

 

 

重新观察这些单元来了解偏移如何定义。

 

 

 

所选单元B点的偏移量是4mm（因为其＝4）。这样，上图所示的参考模型的几何可不通过移动单元来建模。

 

 

 

上图是位移等值曲线。这个模型中的单元（以及节点）偏移使之贴合“真实”的几何。

如何对1D单元施加压强？

 

施加到CBAR和CBEAM上压强的类型应为PLOAD1，它定义将集中、均布、或线性分布截荷沿轴线施加到CBAR或CBEAM单元的用户所选的点上（详见帮助文档helphwsolvershwsolvers.htm > Pload1）。截荷类型PLOAD1在压强面板中直接定义。