Kratownica jest specjalnym elementem belki, który może stawiać opór tylko deformacjom osiowym. Rozważmy poniższą strukturę:
Połączenia w strukturach tego typu są tak zaprojektowane, że nie powstają w nich żadne momenty. Jedyną znaczącą siłą, która powstaje w każdym członie jest siła osiowa. Siła osiowa jest stała wzdłuż każdego członu i generuje naprężenie osiowe, które jest jednorodne na całym przekroju poprzecznym. Takie człony są modelowane jako elementy kratownicy. Kratownice są często używane w aplikacjach architektonicznych i konstrukcyjnych takich jak mosty, dachy, słupy wysokiego napięcia i inne.
Element kratownicy jest definiowany przez dwa węzły. Każdy węzeł ma 3 stopnie swobody, którymi są przemieszczenia w 3 kierunkach ortogonalnych. Ukazany niżej element kratownicy jest przypięty w lewym węźle, a w prawym węźle zastosowana jest siła osiowa P. Kierunek osiowy jest wzdłuż długości belki lub kratownicy a nie w żadnym kierunku przekroju poprzecznego.
Naprężenie osiowe (Sx) = P/A, a przemieszczenie osiowe prawego węzła (Ux) = PL/AE
gdzie:
P = sił osiowa wzdłuż długości elementu kratownicy
A = pole przekroju poprzecznego kratownicy
L = długość kratownicy
E = współczynnik sprężystości.
Powyższe równanie można zapisać jako Ux = P/(AE/L) = P/K, gdzie K = AE/L, co sugeruje, że element kratownicy działa analogicznie do sprężyny osiowej o sztywności k = AE/L.
Właściwości materiału
Współczynnik sprężystości jest zawsze wymagany.
Gęstość jest wymagana tylko wtedy, gdy rozważane są obciążenia grawitacyjne.
Umocowania
Do połączeń kratownicy można stosować tylko umocowania translacyjne. W każdym węźle (połączeniu) występują 3 translacyjne stopnie swobody. Umocowania Nieruchomy i Nie poruszający się (bez translacji) są podobne dla połączeń kratownicy, ponieważ obroty nie są uwzględniane. Można stosować zerowe lub niezerowe zadane translacje. Jeżeli kratownice i belki spotykają się w połączeniu, to można zastosować obroty, jednakże dotyczą one tylko belek.
Obciążenia
Można zastosować skupione siły w połączeniach i punktach odniesienia. Można również stosować grawitację. Program oblicza siły grawitacyjne w oparciu o podane przyspieszenia i gęstości. Zauważmy, że rozważane są tylko siły osiowe generowane w każdym elemencie. Zauważmy, że kratownica pomija wszelkie siły zastosowane w kierunku do niej normalnym.
Tworzenie siatki
Przy tworzeniu siatki dla belek i kratownic generator siatki używa domyślnej liczby elementów. Można zmieniać parametry siatki (liczbę elementów lub wielkość elementu siatki) dla wybranych belek lub kratownic, stosując opcję sterowania siatki.
Belki i człony kratownic są wyświetlane albo jako bryłowe walce (bez względu na rzeczywisty kształt ich przekroju poprzecznego), albo z rzeczywistą geometrią belki. Aby ustawić to jako domyślną opcję tworzenia siatki, kliknąć . Na karcie Opcje domyślne kliknąć Siatka i wybrać lub usunąć zaznaczenie opcji Renderuj profil belki.
Prosty człon konstrukcyjny zidentyfikowany jako kratownica jest reprezentowany przez jeden element kratownicy. Zmienność deformacji osiowej jest liniowa, a naprężenie osiowe jest stałe na całym przekroju poprzecznym i długości kratownicy.
Wyniki
Można przeglądać wykresy osiowych naprężeń i sił, przemieszczeń i zdeformowanego kształtu. Siły i naprężenia członu kratownicy są stałe na całym przekroju poprzecznym oraz długości kratownicy. Przemieszczenia pomiędzy końcami zmieniają się liniowo. Siły, odkształcenia i naprężenia w kierunkach różnych od kierunku osiowego są ustawione na zero. Na wykresie naprężenia, każdy element kratownicy jest wyświetlany jednym kolorem. Siła w członie kratownicy jest równa naprężeniu osiowemu pomnożonemu przez pole przekroju poprzecznego.