ANSYS计算截面特性的一种方法

1、截面介绍

以下述截面为例介绍利用ANSYS计算截面特性的一种方法，该截面宽35.4m（不含风嘴），高4m。如下图所示：

Section

常用的方法是利用CAD中的REGION命令(形成面域)和SU命令(面域相减)得到完整截面的一个面域，再另存为sat文件，导入ANSYS中进行截面特性的计算。ANSYS运行的代码如下：

finish$/clear
~satin,griderSect1,sat,'D:\sect',SURFACES,0,1,1
!将D:\sect\girderSect.sat文件导入ANSYS
/prep7
et,1,plane82
!定义单元类型
esize,0.1
!指定默认的线分割数,0.1为可调整参数
mshape,0
!指定要用于网格划分的图元形状,0--当尺寸2D时使用四边形网格当尺寸3D时使用六面体网格
mshkey,0
!指定应使用自由网格还是映射网格对模型进行网格划分,0--自由网分,1--映射网分
amesh,all
!开始划分,在区域内生成节点和区域元素
secwrite,D:\sect\girderSect,sect
!在指定真实路径下创建用户网格文件,自定义名字

!!以下代码是读取计算完成的文件
sectype,1,beam,mesh,
!建立断面编号与断面类型信息之间的联系
secoffset,cent,,,
!将梁节点置于截面形心
secread,D:\sect\girderSect,sect,,mesh
!在指定路径下读取用户网格文件girderSect.sect
secplot,1,1
!绘制梁的几何外形,1--显示断面网格
/imag,save,D:\sect\girderSect,jpg     
!截面特性显示截面，截图保存在真实路径

该方法由于需要ANSYS自动划分网格，而截面的局部尺寸太小，因此ANSYS自动化的过程耗时较长，且需要较多的内存空间，对电脑配置提出了更高的要求。

2、人工划分网格

本文介绍的方法需要人工划分网格，通过划分好的网格减少ANSYS对内存和计算配置的需求。

划分的要求为将整个截面的每个部分划分成四边形，且每个四边形都要是面域。下面介绍CAD面域命令和划分方法。

1、CAD命令——BO

CAD中的“BO”快捷键是创建边界的命令，可以使图形连接成一个整体。具体使用的方法如下：

  1. 在键盘上输入“BO”，然后按回车键确认；
  2. 然后会弹出一个边界创建的窗口，更改对象类型为“面域”，并点击上面的“拾取点”；
  3. 提示选择一个拾取点，点击图形内部的一个地方，然后按回车键；
  4. 可以看到该图形已经变成一个整体。

BO

值得注意的是，使用BO命令生成面域时需要整个图形都在显示区域中，如果图形有部分不在显示区域中，会导致生成面域失败。

BO ERROR

2、截面离散化

人工划分网格要求将截面每个部分划分为四边形，每个四边形都要生成面域。下面介绍几种特殊区域的划分方法。

U肋

如图所示，U肋的圆弧部分需要划分成若干个四边形，并且U肋和顶底板连接处需要将U肋的线条延长与顶底板的外轮廓相接。利用BO命令将在显示区域内的四边形全部变为面域。图中共展示了10个面域四边形。

U Rib

I肋

同U肋，在I肋和板连接处需要将I肋的线条延长与板的外轮廓相接。利用BO命令将在显示区域内的四边形全部变为面域。图中共展示了5个面域四边形。

I Rib

板与板的交界处

板与板的交界处通常需要将一块板的边缘延长与另一块板的外轮廓相接。如图所示，利用BO命令将在椭圆形区域内的四边形全部变为面域。左图中共展示了3个面域四边形，右图中共展示了1个面域四边形。

Plate Corners

相邻的四边形面域需要满足顶点重合

相邻的四边形面域应满足顶点重合。下图左边是错误的面域组合，右边是正确的面域组合。

Corner Points

Corner Points

截面划分完成后导出为sat文件：girderSect.sat

3、ANSYS计算截面特性

人工划分好网格后，导出截面文件为D:\sect\girderSect.sat，在ANSYS中执行以下代码即可完成截面特性计算。这段代码与前述的常用划分方法中使用的代码基本相同。但是由于提前已经人工划分了网格，因此在薄壁结构的截面特性计算中速度大幅提升。

FINISH$/CLEAR$/PREP7
ET,1,PLANE82
BTOL,0.003
!布尔运算容差。在布尔运算过程中，将假定在此距离内的点重合。放宽公差将增加运行时间和存储要求，但将允许更多的布尔交集成功。默认值为0.10E-4。
~SATIN,griderSect1,sat,'D:\sect',SURFACES,0,1,1
AGLUE,ALL
!通过“粘合”区域生成新区域。
MSHKEY,1
!指定应使用自由网格还是映射网格对模型进行网格划分,0--自由网分,1--映射网分
ESIZE,0.04
!指定默认的线分割数,0.04
AMESH,ALL
SECWRITE,D:\sect\girderSect,SECT

SECTYPE,1,BEAM,MESH,
SECOFFSET,CENT,,,
SECREAD,D:\sect\girderSect,SECT,,MESH
SECPLOT,1,1
/IMAG,SAVE,D:\sect\girderSect,jpg

运行上述代码可以完成截面特性的计算，ANSYS计算用时将大幅减少，但是需要花费较多的时间在人工划分网格阶段。

下图为上述截面（不含风嘴）的截面特性。

Section Properties

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