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 можно записать как Ux=P/(AE/L)= P/K, где K=AE/L предполагает, что стержневой элемент является аналогичным осевой пружине жесткостью k=AE/L.
Свойства материалов
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
Создатель сетки использует стандартное количество элементов для создания сетки балок и стержней. Можно изменить параметры сетки (количество элементов или размер элемента сетки) для выбранных балок или стержней, применив элементы управления сеткой.
Элементы балок и стержней отображаются в виде твердотельных цилиндров (вне зависимости от фактической формы их поперечного сечения) или на действительной геометрии балки. Чтобы задать этот параметр сетки по умолчанию, выберите . На вкладке Настройки по умолчанию щелкните элемент Сетка и включите или отключите параметр Отрисовка профиля балки.
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.