Belki

Elementy belki mogą stawiać opór obciążeniom zginającym, tnącym i skrętnym. Ukazana niżej typowa rama jest modelowana przy użyciu elementów belki przenoszących obciążenie na wsparcia. Modelowanie takich ram przy użyciu elementów kratownicy nie daje dobrych rezultatów, ponieważ nie występuje tu żaden mechanizm przenoszenia zastosowanego poziomego obciążenia na wsparcia.

Elementy belki wymagają zdefiniowania dokładnego przekroju poprzecznego, aby umożliwić oprogramowaniu obliczenie momentów bezwładności, osi neutralnych i odległości od skrajnych włókien do osi neutralnych. Naprężenia zmieniają się w obrębie płaszczyzny przekroju poprzecznego oraz wzdłuż belki.

Należy rozważyć belkę 3D z obszarem przekroju poprzecznego (A) i skojarzoną siatką. Elementy belki są wyświetlane jako puste walce, bez względu na rzeczywisty kształt ich przekroju poprzecznego.

Teraz rysunek poniżej pokazuje mały segment wzdłuż elementu belki poddany uproszczonym siłom dwuwymiarowym (siła osiowa P, siła ścinająca V i moment zginający M):

 W przypadku ogólnym na segment działają trzy siły i trzy momenty.

Jednorodne naprężenie osiowe = P/A (podobnie do elementów kratownicy)

Jednorodne naprężenie ścinające = V/A

Moment zginający M powoduje naprężenie zginające, które zmienia się liniowo wraz z pionową odległością y od osi obojętnej.

Naprężenie zginające (zginające w kierunku y)  = My/I

gdzie I jest momentem bezwładności względem osi neutralnej.

Naprężenie zginające jest największe na skrajnych włóknach. W tym przykładzie największe ściskanie występuje na górnym włóknie, a największe rozciąganie występuje na skrajnych dolnych włóknach.

Połączenia

Połączenia są identyfikowane na swobodnych końcach członów konstrukcyjnych oraz na przecięciach dwóch lub kilku członów konstrukcyjnych. W prawidłowym definiowaniu połączeń pomaga narzędzie menedżera właściwości PropertyManager Edytuj połączenie. Program tworzy węzeł na środku przekroju poprzecznego każdego członu połączenia. Ze względu przycinanie i użycie różnych przekrojów poprzecznych dla różnych członów, węzły członów skojarzone z połączeniem mogą się nie pokrywać. Program tworzy specjalne elementy w pobliżu połączenia, które symulują połączenie sztywne w oparciu o właściwości geometryczne i materiałowe.

Właściwości materiału

Współczynnik sprężystości i współczynnik Poissona są zawsze wymagane.

Gęstość jest wymagana tylko wtedy, gdy rozważane są obciążenia grawitacyjne.

Umocowania

Umocowania można stosować tylko do połączeń. W każdym połączeniu występuje 6 stopni swobody. Można zastosować zerowe lub niezerowe zadane translacje i obroty.

Wiązanie

W badaniach z belkami, bryłami i powierzchniami skorupy, można wiązać belki i połączenia belek ze ścianami skorup i brył.

Wiązanie pomiędzy stykającymi się członami konstrukcyjnymi z powierzchnią lub ścianą arkusza blachy jest tworzone automatycznie.

Usztywniacze belek dla zakrzywionych powierzchni

Można wiązać belki (proste lub zakrzywione) działające jako usztywniacze z powierzchniami zakrzywionymi skorup lub obiektów arkusza blachy.

Oprogramowanie automatycznie wiąże belki z powierzchniami zakrzywionymi, które posiadają stykające się geometrie, lub które usytuowane są w rozsądnej odległości. Program używa rozmiarów elementów belki kompatybilnych z rozmiarami siatki powierzchni. Operacja ta jest dostępna dla badań statycznych, częstotliwości i wyboczenia.

Obciążenia

Można stosować:

• Skupione siły i momenty w połączeniach i punktach odniesienia.

• Rozprowadzone obciążenia wzdłuż całej długości belki.

• Obciążenia grawitacyjne. Program oblicza siły grawitacyjne w oparciu o podane przyspieszenia i gęstości.

Tworzenie siatki

Belki i człony kratownic są wyświetlane jako puste walce, bez względu na rzeczywisty kształt ich przekroju poprzecznego. Człon konstrukcyjny jest automatycznie identyfikowany jako belka i tworzona jest siatka wielu jednorodnych elementów, co umożliwia przeglądanie zmian deformacji i naprężeń wzdłuż członu.

Wyniki

Wyniki dla każdego elementu są prezentowane w jego lokalnych kierunkach. Dla elementów belki i kratownic nie występuje uśrednianie naprężeń. Można przeglądać jednorodne naprężenia osiowe, skrętne i zginające w dwóch kierunkach ortogonalnych (kierunek 1 i kierunek 2) oraz najbardziej niekorzystne naprężenia na skrajnych włóknach generowane poprzez połączenie naprężeń osiowych i zginających.

Przekrój belki jest poddawany sile osiowej P i dwóm momentom M1 oraz M2, jak na poniższej ilustracji. Moment M1 jest względem osi kierunku 1 a moment M2 jest względem osi kierunku 2.

Oprogramowanie zawiera następujące opcje przeglądania naprężeń:

• Osiowe: Jednorodne naprężenie osiowe = P/A

• Zginanie w lokalnym kierunku 1: Naprężenia zginające spowodowane momentem M2. Oznaczone jako Naprężenie zginające Ms/Ss w legendzie, tytule i nazwie wykresu.

• Zginanie w lokalnym kierunku 2: Naprężenie zginające spowodowane momentem M1. Oznaczone jako Naprężenie zginające Mt/St w legendzie, tytule i nazwie wykresu.

Aby uzyskać informacje na temat kierunków belek, należy kliknąć tutaj.

• Najgorszy przypadek: Oprogramowanie automatycznie oblicza najwyższe naprężenia w punkcie krytycznym przekroju poprzecznego poprzez połączenie naprężeń osiowych i zginających spowodowanych momentami M1 oraz M2. Jest to zalecane naprężenie do przejrzenia.

Generalnie oprogramowanie oblicza 4 wartości naprężenia dla skrajnych włókien każdego końca.  Podczas przeglądania naprężeń najgorszego przypadku, oprogramowanie wyświetla jedną wartość dla każdego segmentu belki. Jest to najwyższa wartość spośród 8 wartości obliczonych dla tego segmentu belki. Wartości te są dokładne dla belek o przekrojach poprzecznych, które posiadają symetrię w dwóch kierunkach. W pozostałych przypadkach, wartości te należy traktować ostrożnie.