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 można wyświetlać na rzeczywistej geometrii belki lub jako puste walce niezależnie od rzeczywistego kształtu przekroju.

Geometria 3D
Siatka na walcach (każdy pusty walec jest elementem)
Siatka na geometrii belki
Teraz na poniższej ilustracji widać 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 (zginanie w kierunku y) = My/I, gdzie I jest momentem bezwładności przy osi obojętnej.

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. W badaniach dynamicznych można zastosować obciążenia zależne od czasu lub zależne od częstotliwości.
  • Rozprowadzone obciążenia wzdłuż całej długości belki.
  • Obciążenia grawitacyjne. Program oblicza siły grawitacyjne w oparciu o podane przyspieszenia i gęstości.
  • Jednorodne lub wybrane wzbudzenie podstawowe w badaniach dynamicznych.
  • Warunki początkowe w badaniach dynamicznych. Zastosować początkowe przemieszczenie, prędkość lub przyspieszenie (w czasie t = 0) w połączeniach lub segmentach belek.

Tworzenie siatki

Człon konstrukcyjny jest automatycznie identyfikowany jako belka i opisywany siatką z elementów belki. Po utworzeniu siatki można zastosować sterowanie siatki, aby wyznaczyć inną liczbę elementów lub inną wielkość elementów dla wybranych belek.

Belki i człony kratownic można wyświetlać przy rzeczywistej geometrii belki lub jako puste walce niezależnie od rzeczywistego kształtu przekroju.

Wyniki

Wyniki dla każdego elementu są prezentowane w jego lokalnych kierunkach. Można przeglądać jednorodne naprężenia osiowe, skrętne, zginające i tnące w dwóch kierunkach ortogonalnych (kierunek 1 i kierunek 2) oraz największe naprężenia na skrajnych włóknach utworzone 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.

W przypadku wybrania opcji Renderuj profil belki (menedżer właściwości PropertyManager Wykres naprężenia) oprogramowanie oblicza naprężenia zmieniające się na płaszczyźnie przekroju poprzecznego. Naprężenia są obliczane dla dwóch końców każdego elementu siatki, a także w punktach przekroju poprzecznego o różnych odległościach od osi obojętnej belki.

Po usunięciu zaznaczenia opcji Renderuj profil belki oprogramowanie oblicza wartości naprężenia dla skrajnych włókien każdego końca belki. Zgłaszane są wartości naprężeń o największej wielkości dla każdego segmentu belki.

Osiowe Jednorodne naprężenie osiowe = P/A
Zginanie górnego połączenia w KIER 1 Największa wartość naprężeń zginających spowodowanych momentem M1 (Naprężenie zginające Ms/Ss w legendzie, tytule i nazwie wykresu) .
Zginanie górnego połączenia w KIER 2 Największa wartość naprężeń zginających spowodowanych momentem M2 (Naprężenie zginające Mt/St w legendzie, tytule i nazwie wykresu).
Górne połączenie osiowe i zginające

Oprogramowanie oblicza największe naprężenia w skrajnych włóknach przekroju poprzecznego przez połączenie jednorodnego naprężenia osiowego oraz dwóch naprężeń zginających, które wynikają z momentów M1 i M2. Jest to naprężenie zalecane do wyświetlenia. Wartości naprężeń są obliczane dla dwóch końców każdego elementu siatki:

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

gdzie I ij (i = j = 1 lub 2) to momenty bezwładności względem odpowiednich lokalnych kierunków ortogonalnych belki 1 i 2.

W przypadku sondowania wyników belki nie należy brać pod uwagę żadnych węzłów, które pojawiają się w środkowej części belki oraz znajdują się poza przekrojem belki. Oprogramowanie wewnętrznie oblicza te środkowe węzły odniesienia w celu określenia orientacji lokalnych ortogonalnych kierunków 1 i 2 belki. Aby wyświetlić trzy lokalne ortogonalne kierunki belki, należy w menedżerze właściwości PropertyManager Zastosuj/edytuj belkę kliknąć Pokaż kierunek belki.