Ein Stab ist ein spezielles Balkenelement, das nur axialer Verformung widerstehen kann. Betrachten Sie die nachstehende Struktur:
In dieser Strukturklasse sind die Verbindungsstellen so konstruiert, dass sich keine Momente in ihnen entwickeln können. Die einzige wesentliche Kraft, die sich in den einzelnen Bauteilen entwickeln kann, ist die Axialkraft. Die Axialkraft ist in der gesamten Länge der einzelnen Bauteile vollkommen konstant und erzeugt daher eine querschnittmäßig gleichmäßige Axialspannung. Solche Strukturbauteile werden als Stabelemente modelliert. Stäbe werden für gewöhnlich in Architektur- und Strukturbauanwendungen wie Brücken, Dächern, Turmkraftwerken usw. verwendet.
Ein Stabelement wird durch zwei Knoten definiert. Jeder Knoten ist mit 3 Freiheitsgraden versehen, wodurch eine Verschiebung in 3 orthogonale Richtungen stattfinden kann. Das nachstehend gezeigte Stabelement ist dem linken Knoten angeheftet, und am rechten Knoten wird die Axialkraft P angewendet. Die Axialrichtung verläuft entlang der Länge des Balkens oder Stabes und in keine der Querschnittrichtungen.
Axialspannung (Sx) = P/A und Axialverschiebung des rechten Knotens (Ux) = PL/AE
wobei:
P = Axialkraft entlang der Länge des Stabelements
A = Querschnittsbereich des Stabs
L = Stablänge
E = Elastizitätsmodul.
Die obige Gleichung kann wie folgt geschrieben werden: Ux=P/(AE/L) = P/K. Dabei ist K=AE/L, was andeutet, dass ein Stabelement einer axialen Feder mit einer Steifigkeit von k=AE/L gleicht.
Materialeigenschaften
Es ist stets der Elastizitätsmodul erforderlich.
Dichte ist nur dann notwendig, wenn es sich um Schwerkraftlasten handelt.
Lager
Nur Translationslager können auf Stabverbindungen angewendet werden. Jeder Knoten (jede Verbindungsstelle) ist mit 3 Translations-Freiheitsgraden versehen. Die Lager Fixiert und Nicht verschiebbar (keine Translation) haben bei einer Stabverbindung praktisch die gleiche Bedeutung, da keine Drehungen berücksichtigt werden. Es können Null-Translationen und auch vorgeschriebene Übertragungen ungleich Null angewendet werden. Wenn Stäbe und Balken an einer Verbindung aufeinander treffen, können Sie Rotationen verwenden. Diese gelten aber nur für die Balken.
Lasten
An Verbindungen und Referenzpunkten können konzentrierte Kräfte angewendet werden. Auch kann die Schwerkraft eingesetzt werden. Das Programm berechnet die Schwerkraft auf Basis der angegebenen Beschleunigungen und Dichten. Dabei werden nur die in den einzelnen Elementen erzeugten Axialkräfte berücksichtigt. Beachten Sie, dass ein Stab normal auf ihn angewendete Kräfte ignoriert.
Vernetzung
Der Vernetzer verwendet eine Standardanzahl von Elementen, um Balken und Stäbe zu vernetzen. Sie können die Netzparameter (die Anzahl von Elementen oder die Netzelementgröße) für ausgewählte Balken oder Stäbe ändern, indem Sie die Vernetzungssteuerungen anwenden.
Bauteile aus Balken und Stäben werden (unabhängig von der aktuellen Querschnittsform) in Form von Zylindern oder auf der tatsächlichen Balkengeometrie angezeigt. Um diese Standardnetzoption festzulegen, klicken Sie auf . Klicken Sie auf der Registerkarte Standardoptionen auf Netz, und aktivieren oder deaktivieren Sie Balkenprofil rendern.
Ein als gerader Stab identifiziertes Strukturbauteil wird als Stabelement dargestellt. Die axiale Verformung verändert sich nur linear, und die Axialspannung bleibt entlang des Stabs sowie im Querschnitt des Stabs konstant.
Ergebnisse
Es können Axialspannungen und -kräfte, Verschiebungen und Darstellungen der verformten Geometrie angezeigt werden. Kräfte und Spannungen in einem Stabteil sind im ganzen Querschnitt und entlang des Stabs vollkommen gleich. Die Verschiebungen variieren linear zwischen den Enden. Kräfte, Dehnungen und Spannungen in andere Richtungen als die Axialrichtung werden mit Null angegeben. In einer Spannungsdarstellung wird jedes Stabelement in anderer Farbe angezeigt. Die in einem Stab auftretende Kraft ist gleich Axialspannung mal Querschnittsbereich.