用Solidworks画出的钢管导入ANSYS中怎么才能赋予钢管BEAM单元，因为导入ANSYS后会有很多重复的线

在外部建个大的空气部分把它包围起来，在表面加inf标志

你画的模型太长了，用sweep扫掠划分网格也不好画，求解更不好求，建议只取一小段作为分析。是不是求这样子的结果？

转载自技术邻：

有限元中解人生

1、 引言

在实际工程问题中，扭矩无处不在。如攻丝的丝锥、车床的光杆、搅拌轴、汽车传动轴等等，均为受扭构件，承受扭矩作用。为了更好的分析上述构件在扭（转）矩作用下的变形、应力、应变等物理量，现代先进设计制造分析方法引入有限元来模拟结构在外载荷作用下的响应问题。对于很多工程模型，必须考虑结构的一些几何特征，如轴的键槽、丝锥的螺纹面等。因此，实体模型上扭矩的施加就成为一个非常关键的问题。这包括扭矩施加的形式、位置，不同方式施加的扭矩会导致整体刚度矩阵的不同，最终会导致应力奇异，影响结果的评定。ANSYS作为全球最通用的大型有限元分析软件之一，其强大的分析功能已为国内外一致认同，现已成为许多领域结果评定的行业标准。由于ANSYS中不能直接对实体单元施加力矩，传统方法采用若干对力偶来代替扭矩，该方法容易导致局部应力集中；改进的方法引入一些特殊单元如rbe3单元、mpc184单元、mass21单元等，通过引入这些特殊单元，能够比较好的实现扭矩的施加，但是特殊单元的引入又改变了整体刚度矩阵。为了解决由于引入特殊单元而导致影响整体刚度矩阵的问题，有学者等提出采用接触单元能够很好的解决扭矩的施加问题。

本文旨在综合关于扭矩施加的各种方法，并对这些方法进行分析比较，从而找到关于实体单元扭矩施加有效、合理的方法，为结构有限元分析提供有益的参考。

2、 ANSYS中扭矩的施加

2.1 工程实例

现以长为0.2m直径为100mm的实心钢管为例说明扭矩的施加。钢管材料视为线弹性，其弹性模量及泊松比分别为：E=2e11Pa，μ=0.3。 钢管一端固定，另一端受1000N.m扭矩作用。

2.2 理论分析

该实例为一圆柱受扭矩作用下的变形问题，根据材料力学经典理论有：

2.3 有限元分析

有限元分析一般分为三个模块：前处理模块、求解模块以及后处理模块。其中前处理模块包括模型的建立、单元定义、材料属性定义、划分网格；求解模块包括：定义分析类型、施加边界条件（约束及载荷）、求解；后处理模块包括：计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到内部结构）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式或输出。

2.3.1首先采用若干对集中力偶代替扭矩，其结果如图1所示。

(a)

(b)

(c)

图1 集中力

Fig.1 concentrated force

从图1(a)中可以看出在集中力作用处确实存在应力集中；图1(c)是考虑远离集中力作用区域（根据圣维南原理），从图中可看出切应力分布非常有规律与预想一致；图1(b)可以看出该方法对变形基本没有影响。

2.3.2其次引入特殊单元

1) rbe3为刚性连接单元，通过引入带转动惯量的虚质量(mass21实常数设置为一很小的数)，建立扭矩所在端面节点与虚质量之间的刚性连接，通过设置主、从动点的关系以及权系数，最后施加到虚质量上的扭矩刚性到传递到截面各个节点上，完成截面扭矩的施加。该方法也会导致局部应力应力集中。

2) mpc184为多点约束单元，该方法也需要引入带转动惯量的虚质量。与rbe3不同的是，该方法不需要人为指定权系数，扭矩平均分配到各个单元上。

3) 局部刚化法，该方法也需要引入带转动惯量的虚质量，利用cerig命令，刚化虚质量与扭矩所在平面的区域。最终扭矩施加到集中质量上，刚性的传递到结构上，完成截面扭矩的施加。

2.2.3最后利用接触单元

接触本来是作为非线性(状态非线性)分析的重要手段，也可以用来完成扭矩的施加。首先选择扭矩施加截面上的一点作为pilot点，通过定义该pilot点与截面的接触关系，生成接触单元，从而激活实体单元的转动自由度。最终扭矩施加到pilot点上，结果如图2所示。

(a)

(b)

图2 接触单元

Fig.2 contact element

1、 结果分析

通过对以上5种扭矩施加方法的讨论，结果比较见表一所示。

理论解

集中力法

rbe3单元法

mpc184单元法

局部刚化法

接触单元法

最大切应力

最大变形

5.093MPa

0.0132mm

path,radial,2,30,35 ! Define path name, No. points, No. sets, No. divisions

ppath,1,,.2 ! Define path by location

ppath,2,,.6

pmap,,mat ! Map at material discontinuities

pdef,sx,s,x ! Interpret radial stress

pdef,sz,s,z ! Interpret hoop stress

plpath,sx,sz! Plot stresses

pasave ! Store defined paths in a file

这几个操作连接起来就是你的问题的解答

建议你发截图上来，以便说明问题。

我猜测，你可能是没弄明白，shell和solid的区别吧。shell单元是支持平面和曲面的单元，solid单元则是用来划分体单元。

你建的模型是体模型，虽然很薄，但厚度方向你也给了出来，对吧？那就必须用solid单元。当然，你若想采用shell单元来做，则必须重新建模，厚度方向不用建模，只需要建一个面（包括曲面），在shell单元的实常数里面有厚度的选项，你给一个值即可。

总结：这和单元算法有关。shell只支持面，solid只能划分体。附上ansys中说明（shell181单元说明和solid185单元说明）

shell181：四个节点I/J/K/L，必要时可以退化成三节点，但只是面单元，非体单元。注意图中四个节点都是位于厚度方向的中点。

如下图  ↓

solid185：八节点体单元，必要时可以退化成六节点，甚至四节点。八个节点分别为八个顶点，即六面体的长宽高。

如下图   ↓

随着钢管混凝土技术的发展和应用，研究钢管混凝土柱子的受压性能越来越重要，文章基于ANSYS有限元软件，模拟钢管混凝土柱子受压过程，实现了ANSYS模拟钢管混凝土柱子的受压分析，验证了钢管混凝土柱子受压性能优于钢筋混凝土的结论。

1、钢管混凝土概述

钢管混凝土是钢管内填入混凝土的一种新型构件，具有承载力高，施工简便，塑性、韧性好，耐火、耐腐蚀等诸多优点，同时具有很好的经济效益，因此，在诸多工程中取得了良好的应用。近几年来，钢管混凝土构件在建筑，矿山，道路，桥梁，工业厂房，地铁车站方面都取得了良好的应用效果。钢管混凝土自身的优点吸引了大批学者从事钢管混凝土的研究，其工作原理是：钢管约束混凝土，提供模板和约束力的作用，混凝土提供抗压能力，防止钢管屈曲，两种材料共同合作，发挥了钢管的承载力高的优点并克服了混凝土抗拉能力低的缺点，相比钢筋混凝土和纯钢结构节约了大量的成本，研究钢管混凝土柱子的受压性能对钢管混凝土技术的发展具有重要意义。

2、ANSYS软件简介

ANSYS已经被广泛应用于航空，航天，土木，建筑，电磁等领域中，经过几十年的发展，已经与很多软件建立了对接关系，比如PROE，CAD，UG等大型建模软件。ANSYS软件在模拟钢管混凝土柱子中已经有了较多的应用，其中中国矿业大学，西安电子科技大学已经成功运用ANSYS模拟成功了钢管混凝土柱子的受力分析，在结构工程中取得了广泛的应用。利用ANSYS软件对钢管混凝土柱子受压性能进行分析，可以有效地降低成本，降低设计费用，尤其对钢管混凝土这种复合材料，运用ANSYS软件进行受力分析更是加快了其在工程领域的发展，有效解决了试验时模拟钢管混凝土柱子受力分析的一些不足，在试验室中，很容易发生受压轴偏移，混凝土凝固后不均匀，含有空隙等问题，但在ANSYS中却不存在这个问题。

3、ANSYS模拟钢管混凝土理论基础

3.1、钢管混凝土力学假设

钢管混凝土柱子的力学分析模型受到ANSYS软件的制约，需要运用弹性力学的方法对其力学分析模型进行假设，在ANSYS分析钢管混凝土力学模型条件下，钢管与混凝土受力分析模型假设如下：

（1）假设钢管和混凝土一样，都属于弹性材料；

（2）假设钢管与混凝土的接触属于均匀接触，没有滑移和空隙，在受力过程中始终保持弹性接触；

（3）钢管的强度符合莫尔库伦强度理论；

（4）钢管沿厚度方向上的径向应力呈线性分布，周向应力成均匀分布。

3.2、ANSYS模拟钢管混凝土基本假定

（1）假设混凝土没有压碎：ANSYS软件研究混凝土这种非线性材料时，非常容易出现不收敛的情况，因此，在模拟钢管混凝土柱子的研究中，不考虑混凝土的非线性破坏，假设混凝土不会出现压碎，由此可以避免ANSYS在模拟钢管混凝土时不收敛的情况。

（2）假设无滑移：钢管与混凝土在实际的接触过程中必然会有些许空隙，但从理论研究的角度，无法对这一空隙进行研究，因此，运用ANSYS软件对这一问题进行研究时，也假设钢管和混凝土之间不会出现间隙，假设钢管与混凝土之间没有出现弹簧单元或滑移单元，两者之间没有任何粘结，假设两种材料的徐变，收缩，膨胀对整个结构没有影响，假设材料是弹性的接触良好的弹性接触。

（3）假设钢管和混凝土没有出现残余应力：残余应力通过计算机很难进行模拟，本文在研究钢管混凝土的柱子受压中，不考虑钢管混凝土的残余应力，假设钢材和混凝土为弹塑性模型。

3.3、收敛问题的处理

收敛问题主要受到网格密度，子步数，收敛准则等的影响。对于钢管混凝土的网格密度，一定要把握适中，并非越密越好，要适当调试其网格密度，最终确定最合适计算的网格密度，一般网格密度需要试计算确定。钢管混凝土的子步数，一般设置根据构件尺寸和所加荷载的大小确定，本文为了节约计算，设置的钢管混凝土柱子的尺寸适中，能反应钢管混凝土柱子受压性能即可，在计算过程中，通过试验将子步数设置在50~150之间，最终得出的结果令人满意。

4、ANSYS模拟钢管混凝土柱子受压过程分析

4.1、模型假定

钢管混凝土柱子在外力作用下，变形协同，工作状况良好，钢管和混凝土处于弹性受力状况，不考虑钢管混凝土的压碎破坏，假设钢管不会发生屈曲。钢管混凝土之间的滑移不考虑，假设粘结面完全粘结，不考Slip-element或Gap-element，利用模型粘接命令，直接将钢管与混凝土进行Glue命令粘接。钢管与混凝土之间为各向同性材料，其基本的力学参数，弹性模量和泊松比都选取最常见的参数，一旦进入非线性阶段，则采用塑形选项进行。

4.2、单元选择

钢管混凝土的柱子受压力学分析，必须采用三维实体单元，因此，本文的钢管采用SOLID45单元，该单元有三维的立面上的三个自由度，8个节点，同时可以模拟塑形、蠕变、膨胀、应力强化等能力。钢管的应力应变关系曲线采用最为经典的双线随动模型，有弹性和塑性两个斜率，适用于VonMises屈服准则，该准则适用于大多数金属小应变问题。混凝土采用与钢管单元类似的三维实体SOLID65单元，该单元在SOLID45的基础上增加了开裂和压碎，钢管混凝土的分析中，由于不考虑其压碎，只需关闭其压碎功能，混凝土的应力应变关系曲线采用Drucker-Prager模型，该模型主要针对混凝土，岩石等材料，采用空间8节点进行迭代。

4.3、钢管混凝土参数的选取

钢管与混凝土材料参数的选择是最重要的一环，对于钢管和混凝土，在ANSYS模拟中，需要选择一些常用的参数，如弹性模量，塑形模量，屈服应力和密度，泊松比，本文针对模型特意选定的材料参数如下：钢管单元材料参数：泊松比0.28，弹性模量2.06伊105N/mm2，屈服应力300N/mm2，密度7.85g/cm3，在应用ANSYS对钢管混凝土进行模拟时，钢管和混凝土的材料单位一定要统一，否则会影响计算结果，混凝土的材料选择为：泊松比0.2，弹性模量3.65伊104N/mm2，粘聚力5.5654N/mm2，摩擦角55.6毅，膨胀角30毅。

4.4、模型建立与网格划分

模型采用圆形钢管混凝土柱子，钢管厚度采用4mm钢管，混凝土采用实体填充，本试验采取的是钢管混凝土短柱进行分析，鉴于ANSYS单元数目太多会造成运算量过大的问题，将钢管混凝土柱子的直径设置140mm，柱子长度设定为500mm，从而进行钢管混凝土的轴向受压模型分析，由于是圆柱子，将网格划分为映射网格划分，最终形成沿柱子长度方向的均匀的四面体网格。由于本模型较为简单，并没有设置弹簧单元或者间隙单元，而是直接采用Vglue命令，直接将两种材料进行粘接。

4.5、计算结果显示与分析

本试验成功地模拟出了钢管混凝土柱子的受力，根据屈服结果和位移云图，明显地看出其位移云图符合理论分析，由此可知，运用ANSYS分析钢管混凝土柱子的受压性能是可行的。由于钢管混凝土的综合作用，钢管的套箍作用和混凝土的钢管支撑作用，钢管混凝土的屈曲形式发生了变形，钢管混凝土的受力形态与钢管和混凝土单独材料的受力形态不同，空钢管柱在截面处首先发生的局部屈服，而钢管混凝土柱则整体屈服，其屈服形态完全符合复合材料的屈服形态。根据位移的应力应变关系曲线分析，当荷载达到某一值时，钢管混凝土柱的位移和挠度发生了变化，荷载迅速下降，构件进入到不稳定平衡状态，是典型的柱子破坏特征，钢管混凝土的屈服应力得到了很大的提高，大约相当于普通钢筋混凝土理论受力的1.3~1.5倍。

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