橫樑

橫樑元素能夠抵抗彎曲、剪力及扭矩負載。下圖所示的典型框架是使用橫樑元素進行模型化，將負載轉移至支撐。使用桁架元素將此框架模型化失敗，原因是沒有機制可將套用的水平負載移轉至支撐。

橫樑元素需要定義正確的剖面，如此程式才能夠計算慣性矩、中立軸以及極端纖維到中立軸的距離。應力會在剖面的平面和沿橫樑之間變化。

請考慮一個有剖面區域 (A) 的 3D 橫樑及相關的網格。橫樑元素能顯示在實際的橫樑幾何上，或顯示為中空圓柱，不論其實際的剖面形狀為何。

現在，下方的圖例顯示沿著橫樑元素的小線段可承受簡化的 2D 力（軸向力 P、剪力 V 以及力矩 M）：

以一般的情況而言，在線段上會有 3 個力和 3 個力矩。

一致軸應力 = P/A (類似桁架元素)

一致剪應力 = V/A

彎矩 M 會產生彎曲應力，此應力值會隨著到中立軸的垂直距離 y 而產生線性變化。

彎折應力 (朝 y 方向的彎折) = My/I

其中 I 為和中立軸有關的慣性矩。

彎曲應力是極端纖維上的最大應力。在本範例中，最大的壓縮發生於頂層纖維，而最大的張力則發生於極端底部纖維。

接合

接合會在結構成員的自由端以及兩個或多個結構成員的交點上標示。編輯接合 PropertyManager 提供可幫助您正確定義接合的工具。此程式會在每個接合成員剖面的中心產生一個節點。由於不同成員會修剪及使用不同的剖面，因此與接合有關的成員節點將不會包括。此程式會在靠近接合處產生特殊元素，將會根據幾何及材料屬性模擬準確連接。

材料屬性

彈性模數和 Poisson 比一律為必要。

只有在考慮重力負載的情況下才需要密度。

拘束

您只能夠將拘束套用至接合。每個接合有 6 個自由度。您可以套用零或非零的指定平移和旋轉量。

結合

在橫樑、實體和薄殼曲面的研究中，您可以將橫樑和橫樑節點結合成實體和薄殼曲面。

以曲面或鈑金面結合兩個接觸結構成員的步驟為自動建立。

彎曲曲面的橫樑加強物

您可以結合橫樑 (筆直或彎曲的) 來做為薄殼或鈑金本體彎曲曲面的加強物。

軟體會自動將橫樑結合至具有接觸幾何或在合理餘隙內的彎曲曲面。程式會使用與曲面網格大小相容的橫樑元素大小。此功能適用於靜態、頻率及挫曲研究。

負載

您可以套用：

• 集中力與力矩於接合與參考點。針對動態研究，您可以套用時間相依性或頻率相依性的負載。

• 分配的負載 (沿著整個橫樑長度)。

• 重力負載。程式會根據指定的加速度與密度來計算重力。

• 動態研究的一致和所選的基座激振。
• 動態研究的初始條件。在接合或橫樑段套用初始位移、速度、或加速度 (在時間 t=0)。

網格化

結構成員會自動識別為橫樑並以橫樑元素網格化。建立網格後，您可以套用網格控制，以為所選的橫樑指定不同數量的元素或元素大小。

橫樑與桁架成員能顯示在實際的橫樑幾何上，或顯示為中空圓柱，不論其實際的剖面形狀為何。

結果

每個元素的結果會以其局部的方向呈現。您可以檢視一致的軸應力、扭矩、兩個直角方向 (方向 1 和方向 2) 的彎折及剪應力，以及藉由合併軸應力與彎折應力所產生之極端纖維上的最高應力。

一個橫樑剖面需承受一個軸合力 P 以及兩個力矩 M1 和 M2，如下圖所示。力矩 M1 是相對於方向 1 軸，力矩 M2 是相對於方向 2 軸。

當您選擇計算橫樑輪廓影像選項 (應力繪圖 PropertyManager) 時，軟體會計算在剖面平面中變動的應力。軟體會計算每個網格元素兩端的應力，也會計算與橫樑中立軸間隔不同距離之剖面上不同點的應力。

清除計算橫樑輪廓影像選項時，軟體會計算每個橫樑端之極端纖維上的應力值。軟體會報告每個橫樑段的最高量應力值。

• 軸向：一致的軸向應力 = P/A

• 在方向 1 上的上限彎折：由於力矩 M1 所產生之彎曲應力的最高量應力值。這是由在繪圖名稱、標題、及圖例中的彎折 Ms/Ss 所表示。

• 在方向 2 上的上限彎折：由於力矩 M2 所產生之彎曲應力的最高量應力值。這是由在繪圖名稱、標題、及圖例中的彎折 Mt/St 所表示。

• 上限軸向與彎折：軟體會結合一致軸應力和由於 M1 及 M2 所產生之兩個彎曲應力，以計算剖面極端纖維上的最高應力。此為檢視應力的建議方法。應力值會在每個網格元素的兩端計算：

  P/ A + [(M₁* I₂₂ + M₂ * I₁₂) * y₁ + ( M₂ * I₁₁ + M₁ * I₂₁) * y₂)] / (I₂₂ * I₁₁ - I₁₂^²)

  其中 I _ij (i = j = 1 或 2) 分別為局部直角橫樑方向 1 和 2 的慣性矩。

  按一下這裡了解有關橫樑方向的資訊。