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2024年4月24日发(作者：)
Ansys中文帮助-单元详解-BEAM4
Beam4是一种可用于承受拉、压、弯、扭的单轴受力单元。这种单元在每个
节点上有六个自由度：x、y、z三个方向的线位移和绕x,y,z三个轴的角位移。可
用于计算应力硬化及大变形的问题。通过一个相容切线刚度矩阵的选项用来考虑
大变形（有限旋转）的分析。关于本单元更详细的介绍请参阅《ansys理论手册》,
关于渐变的非对称弹性梁的问题应按beam44单元考虑，三维塑性梁应按beam24
单元考虑。
Beam4单元的几何模型
（如果省略节点K或Θ角为0度，则单元的Y轴平行于整体坐标系下的X
－Y平面）
单元的输入数据
关于本单元的几何模型，节点座标及座标系统详见上图。本单元的定义通常
是以下这些输入参数确定的：二或三个节点变量，横截面积变量，两个轴惯性矩
（IZZ和IYY）变量，两个厚度变量（TKZ，TKY），绕单元座标系下X轴的转
角变量（θ），绕X轴（单元座标系下）扭转惯性矩（IXX）及材料属性。如果
IXX没有给定或输入值为0，那系统默认为其等于极惯性矩（IZZ＋IYY）。IXX
一般应给定且其小于极惯性矩。单元的扭转刚度随着IXX的减小而减小。参数
ADDMAS要输入的值是每单位长度的附加质量。
单元的X轴的方向是指从I节点到J节点。如果只给了两个节点参数，那单
元Y轴的方向自动确定为平行于系统坐标系下的X－Y平面。有关示例见上图。
当单元坐标的X轴平行于整体坐标系下的Z轴（包括0.01%的偏差在内），单元
Y轴的方向是平行于总体坐标系下的Y轴。用户可以通过给定θ角或定义第三
个节点的方法来控制单元的方向。如果前面的两个参数同时给定时，则以给定第
三点的控制为准。第三点一经给出就意味着定义了一个由I，J，K三点定义的平
面且该平面包含了单元坐标的X与Z轴。当本单元用于大变形分析时，那么给
定的第三节点（K）或旋转角（θ）仅用来确定单元的初始状态。（有关方向节
点及单元划分的详细信息参见《实体单元分网》及《ansys建模与分网指南》。）
关于单元的初始应变（ISTRN）通过Δ/L给定，这里的Δ是单元长度L（由
节点I和J的坐标所决定）与零应变时的长度之差。剪切变形常数（SHARZ和
SHEARY）只有当考虑剪切变形时才设定，该值为零时即表示忽略了剪切变形。
KEYOPT（2）用来控制在大变形分析时是否激活（用命令，[NLGEOM,ON]）
相容切线刚度矩阵（也就是，由主切线刚度矩阵加上相容应力矩阵所组成的矩
阵）。打开这项设置则在几何非线性分析时将获得快速收敛，例如在非线性屈曲
分析时就可打开该项。但在分析刚性连结或耦合结点时不能激活该项。在刚度急
剧变化的结构分析中也不应打开该项。
KEYOPT（7）用来控制是否进行不对称回转阻尼矩阵的计算（常用于转子
动态分析），所须转动频率在实常数SPIN中输入（单位为：弧度/时间，正方向
为单元X轴正向），且单元本身必须是对称的（如，IYY＝IZZ，SHEARY＝
SHEARZ）。
“节点与单元荷载”一节对“单元荷载”有专门介绍。可以在本单元的表面
施加面荷载，如上图中带圈数字所示，其中箭头指向为面荷载作用正向。横向均
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