APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?

ANSYS中的自定义截面功能为用户定义复杂截面提供了方便,然而部分同学在处理复杂截面时,有遇得到过明明截面外框尺寸都一样,而网格划分后打开单元形状发现截面出现偏离对不齐的情况。

以下面的案例为例,此处自定义了两个复杂箱梁截面,均采用在CAD建立好面域,导入ANSYS中划分网格,然后在采用secwrite命令自定义截面。

两个截面的外观尺寸完全一致,唯一不同的是内部空心 形状不一致!

截面一形式如下:

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图1

截面二形式如下:

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图2

导入ANSYS,划分网格后,并打开单元形状,截面如下:

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图3

从截图中可看到,两者截面交汇处有明显的截面错位,放大如下所示:

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图4

有的同学会认为两者截面外部尺寸完全一样,理论上应该重合才是,可为啥还有这种情况出现呢?
原因如下:
ANSYS的梁单元截面定义中,ANSYS默认梁单元中心线(单元坐标系X轴)位于截面形心处,当用户用secplot绘制截面形状时所出现的Centroid Y和Centroid Z即为截面形心相当于截面定义原点的坐标。如果两个截面的这两个坐标不一致,就会出现类似上图中的错位现象!

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图5

单元坐标系X轴以截面形心位置为准
那么截面原点位于哪个地方呢?自带截面库对于双边对称的情况(例如矩形,圆形),原点一般位于截面对称中心处,而对于单边对称的情况(例如槽型截面),原点一般位于左下角原点。如果用户采用了自定义截面,则原点位于用户自定义截面时的坐标原点(0,0)处。
例如此处我们在cad中绘制截面时,坐标(0,0)位于顶部中心处,那么这个点就是我们截面的原点。
此处注意坐标系的转换,虽然我们在cad中是X、Y坐标,但换到ANSYS截面定义中,x坐标代表单元坐标系Y轴,y坐标系代表单元坐标系Z轴。
这个是和secdata里面的定义是一致的,如下所示。

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图6

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图7

截面一的截面形心坐标:
Centroid Y=0
Centroid Z=-249.214
从下图中可见,X字符位于原点的下方,因而也就能理解为啥Centroid Z为负值了。

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图8

截面二的截面形心坐标:
Centroid Y=43.2327
Centroid Z=-261.1027
由于截面二中内部空心不对称,所以Y值具有一定的偏移值。

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图9

对比上述两个截面的坐标,发现两者的形心坐标在Y轴和Z轴均具有一定的差异,因而当采用默认的形心作为X轴的位置时,两者截面肯定是有错位的!
解决思路:
既然两者外部尺寸一样,如果要重合的话,肯定不能以截面形心作为单元坐标系X轴的位置了,这个时候就涉及到截面偏置的概念了。
截面偏置命令Secoffset,其帮助如下:

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图10

对于梁单元来讲,其截面位置有四种方式可选:
1、截面中心,默认值
2、截面剪力中心
3、截面原点
4、用户自定义偏移值,以截面原点为基准。
我们注意到上述两个截面的外观尺寸完全一样,且坐标原点也完全一致,因而将截面偏置到坐标原点即可解决问题。
在截面定义的时候用上secoffset,origin即可,如下所示:
sectype,1,beam,meshsecread,sec_1,sect,,meshsecoffset,origin
sectype,2,beam,meshsecread,sec_2,sect,,meshsecoffset,origin
调整后的单元形状如下所示:

APDL自定义截面打开单元形状后总是对不齐,怎么办?的图11

同时注意到箭头处,单元坐标系X轴已经偏移到截面原点处了。

扩展:
如果两个复杂截面的原点不一致,但又想对齐部分边,这时候可通过secoffset里面的user选项,通过用户自定义偏置距离来实现!

祝好


文章来源ANSYS结构

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