- 概述
使用有限元数值模拟的一个关键点是针对不同的分析场景正确选择合适的单元类型。在Abaqus中拥有一个丰富的单元库，有400多种单元类型。从维度上来说，可以模拟一维、二维、三维问题；从物理场来说，可以模拟结构、声学、热、流体、压电等；此外也支持用户自定义单元。
丰富的单元类型库使得Abaqus可以应用于各种工程问题，但每种单元有着其特定的应用场景，因此也给初学者带来一个问题，在分析某个问题时应当使用何种单元较为合适。
本文先从简单的梁单元开始，介绍梁单元的基本理论和应用场景。
梁理论是一个三维连续体的一维近似。当结构的横截面的尺寸比沿梁轴的典型尺寸要小（通常小于1/10）时，可以使用梁单元来模拟此结构。这个典型尺寸可以是：支承点之间的距离；横截面的总变化之间的距离；最高振动模式的波长。
在abaqus中，所有的梁单元都可以产生轴向变形、弯曲变形和扭矩变形。本文介绍的Beam31单元，是线性Timoshenko梁单元，其还考虑了横向剪切变形的影响。相较于其他梁单元，Beam31单元更适用于包含接触的问题。
定义Beam单元需要以下两要素：
1）梁截面：由于使用梁单元模拟三维实体，建模时仅建立了梁的轴线，因此在属性定义时，必须定义梁截面形状。
2）梁方向：沿梁方向为t向，梁方向垂直于截面法向。
- 案例展示
本文通过一个简单的实例演示Abaqus中Beam31的使用。如图所示的框架，各构件由工字钢组成，分析其承重能力。
- 梁属性定义
使用梁单元的关键点是截面的设置及梁的方向定义，均需在Property模块完成。
1）材料参数的定义。本案例中使用静力学分析，因此需要输入弹性模量、泊松比；密度是否输入对求解结果无影响。
2）定义梁截面形状。在Abaqus中内置了多种梁截面类型，也支持用户自定义梁截面形状。该案例选用工字截面。
3）创建梁属性。在Profile name中选择步骤2）中定义的梁截面形状，在Material name中选择步骤1）中定义的材料属性。
4）赋予梁属性。对线体赋予梁属性，几何模型呈绿色表示已正确赋予梁属性。
5）定义梁方向。使用梁单元必须定义梁的方向，其中t方向沿着梁的轴线方向，n1和n2垂直于t方向。
- 单元类型
为使用Beam31单元，需要在Mesh模块中指定选择B31单元，该单元是2节点线性空间梁单元。
- 求解结果
由于使用梁单元是线体，显示的仅有线体结果，因此若要显示完整的三维模型结，则需在Visualization模块的View -> ODB Display Options -> 勾选Idealizations下的Render beam profiles。
