Стержни

Стержень является специальным балочным элементом, который может сопротивляться только осевой деформации. Рассмотрим конструкцию ниже:

Соединения в настоящем классе конструкций спроектированы таким образом, что в них не образуются моменты. Единственным значительным усилием, появляющимся в каждом элементе, является осевое усилие. Осевое усилие является постоянным по всей длине каждого элемента и вызывает осевое напряжение, которое одинаково по всему поперечному сечению. Такие элементы смоделированы в качестве стержневых элементов. Стержневые элементы широко используются в архитектурных и структурных отраслях, например, мостах, крышах, гелиоэнергетических установках башенного типа и во многих других конструкциях.

Стержневой элемент определен двумя узлами. Каждый узел имеет 3 степени свободы – перемещения в 3-х ортогональных направлениях. Стержневой элемент, показанный ниже, заделан в левом узле, а осевое усилие Р приложено в правом узле. Осевое направлении направлено по длине балки или стержня, не в одном из направлении поперечного сечения.

Осевое напряжение (Sx) =  P/A, а осевое перемещение правого узла (Ux) =PL/AE

где:

P = осевое усилие по длине стержневого элемента

A = площадь поперечного сечения стержня

L = длина стержня

E = модуль упругости.

Вышеприведенное уравнение может быть записано как Ux=P/(AE/L)= P/K, где К=AE/L предполагает, что стержневой элемент является аналогичным осевой пружине жесткостью k=AE/L.

Соединения

Соединения совпадают с точкой пронзания профиля сварных деталей. Рекомендуется располагать точку пронзания в центре тяжести профиля сварных деталей для предотвращения непредусмотренных результатов.

Когда точка пронзания находится в центре тяжести, осевые нагрузки создают только осевые напряжения.

Свойства материала

Всегда требуется модуль упругости.

Плотность требуется только в том случае, если рассматриваются гравитационные нагрузки.

Ограничения

К стержневым соединениям можно применить только поступательные ограничения. Имеются 3 поступательные степени свободы в каждом узле (соединении). Ограничения Фиксированное и Неподвижное (нет перемещений) подобны для стержневых соединений, так как вращения не предусмотрены. Можно применить нулевые или ненулевые заданные перемещения. Если стержни и балки встречаются в соединении, можно применить вращения, но они распространяются только на балки.

Нагрузки

Можно приложить сосредоточенные силы на соединения и справочные точки. Также можно приложить силу тяжести. Программа вычисляет гравитационные силы на основе заданных ускорения и плотности. Обратите внимание, что рассматривается только осевые силы, образующиеся в каждом элементе. Заметим, что стержень пренебрегает любой силой, приложенной перпендикулярно ему.

Создание сетки

Не существует параметров (вариантов) создания сетки балок и стержней. Элементы балок и стержней отображаются в виде твердотельных цилиндров вне зависимости от фактической формы их поперечного сечения.

Прямой элемент конструкции, определенный в качестве стержня, представлен одним стержневым элементом. Изменение осевой деформации является линейным, а осевое напряжение постоянно по всему поперечному сечению и вдоль стержня.

Результаты

Можно просматривать осевые напряжения и силы, перемещения и эпюры деформированной формы. Силы и напряжения в стержневом элементе являются постоянными по всему поперечному сечению и вдоль стержня. Перемещения между концами изменяются в линейной зависимости. Силы, нагрузки и напряжения в направлениях, отличных от осевого направления, равны нулю. В эпюре напряжений, каждый стержневой элемент окрашен одним цветом. Сила в стержневом элементе равна осевому напряжению умноженному на площадь поперечного сечения.