Основы

Основные параметры управления элементарными параметрами стержня. Если вы отметите флажок в разделе «Опции», будет добавлен дополнительный диалоговый раздел для установки деталей.

Тип стержня

Тип стержня определяет, каким образом могут приниматься внутренние силы или какие свойства предполагаются для стержня. Существует несколько типов стержней на выбор в списке.

Балочный стержень

Брус - это жесткий стержень, который может передавать все внутренние силы. Балочный стержень не имеет шарниров на своих концах. Этот тип стержня может быть нагружен всеми видами нагрузок.

Жесткий стержень

Жесткий стержень соединяет два узла жестким соединением. Он в принципе соответствует соединению. Таким образом, можно определить стержни с очень высокой жесткостью с учетом шарниров, которые также могут иметь константы жесткости и нелинейности. Численных проблем практически не возникает, так как жесткости адаптированы к системе.

Для жестких стержней внутренние силы выдаются, если в навигаторе - результаты в категории "Стержни" активированы Результаты для соединений.

Для жестких стержней принимаются следующие жесткости:

Ребристый стержень

С помощью рёбер можно моделировать балки на плитах. В этом типе стержня учитываются эксцентриситеты и участвующие ширины плит в модели FEM.

Ребра в первую очередь подходят для стальных железобетонных стержней, так как размеры и поперечные сечения рёбер учитываются в расчёте бетона. Стальную пластину с приваренной "рёбром" следует моделировать как поверхность с эксцентрически подключённым стержнем.

Список предлагает несколько вариантов выбора для 'Расположения ребра'.

Ребро, как правило, представляет собой эксцентрично расположенный стержень. Экцентрикситет автоматически вычисляется из половины толщины пластины и половины высоты стержня, но может быть определён вручную. Благодаря эксцентриситету ребра жесткость модели увеличивается. При центральном размещении главная ось ребра находится посередине поверхности.

Участвующие ширины ребра должны быть определены в разделе «Размеры фланца» для левой и правой сторон. Обычно настройка «Автоматически находить» может быть оставлена, так как программа определяет соответствующие поверхности. Если на линии ребристого стержня встречаются более двух поверхностей, их нужно указать вручную.

Для ввода ширин интеграции b_-y,int и b_+y,int доступны различные возможности (см. изображение Новое ребро): Ширины могут быть введены напрямую или автоматически вычислены из длины стержня с использованием опций L_ref / 6 и L_ref / 8. Они также могут быть определены в соответствии с нормами, например, по 'EC2' раздел 5.3.2.1.

Значения b_y,int определяют ширину поверхности или зоны вовлечения, из которой должны быть интегрированы внутренние силы. Значения b_y,eff представляют ширину поперечного сечения фланца ребра от средней линии к каждому краю. По умолчанию b_y,int и b_y,eff равны. Тем не менее, их можно определить отдельно после нажатия на кнопку .

Если были определены узлы типа «Узлы на стержне», ребро может быть определено по сегментам для отдельных секций. Если определено несколько сегментов, можно связать смещенные зоны шириной через столбец таблицы 'Линейное распределение', чтобы избежать больших перепадов жесткости в ребристом стержне.

В 3D-моделях участвующие ширины не влияют на жесткость, так как их эффект учтён за счет эксцентрически расположенных стержней. Однако они влияют на распределение усилий в стержнях и поверхностях.

Тягостержень

Тягостержень соответствует балочному стержню с моментными шарнирами на обоих концах. Дополнительно разрешено вращение стержня вокруг его продольной оси с помощью шарнира φ_x. Этот тип стержня передаёт изгибающие и крутильные моменты от приложения нагрузки.

Тягостержень (только N)

Этот тип тягостержня с жесткостью E ⋅ A способен воспринимать осевые силы в виде растяжения и сжатия. Выдаются только внутренние силы узлов. Стержень демонстрирует линейное распределение усилий, если на нём нет точечных нагрузок. Не выдаётся распределение моментов, которое может возникнуть за счёт собственного веса или линейной нагрузки. Однако, узловые силы вычисляются из нагрузок на стержень, что гарантирует правильную их передачу.

Растянутый стержень

Растянутый стержень может воспринимать только растягивающие силы. Тип стержня соответствует 'Тягостержень (только N)', но отказывается при реакции на силы сжатия.

Расчёт рамы с растянутыми стержнями выполняется итеративно: в первом шаге определяются внутренние силы всех стержней. Если растянутые стержни воспринимают отрицательную внутреннюю силу (реакция - сжатие), начинается следующий итерационный шаг. Жёсткость таких стержней далее не учитывается — они выброшены. Процесс продолжается до тех пор, пока ни один растянутый стержень не будет считаться выброшенным. Система может стать нестабильной при выбивании растянутых стержней.

Стержень на сжатие

Стержень на сжатие может воспринимать только сжимающие силы. Тип стержня схож с 'Тягостержень (только N)', но отказывается при появлении сил растяжения. Выбивание сжимающих стержней может привести к нестабильности системы.

Устойчивый стержень

Устойчивый стержень аналогичен 'Тягостержень (только N)', который способен неограниченно воспринимать растягивающие силы, но силы сжатия только до достижения критической силы. Для случая Эйлера 2 эта сила определяется следующим образом:

С помощью этого типа стержня можно избежать многих нестабильностей, которые возникают при нелинейных анализах по теории второго и третьего порядка вследствие изгиба тягостержней. Замена их (в соответствии с физическими пределами) на устойчивые стержни часто повышает критическую нагрузку.

Кабельный стержень

Кабель выдерживает только растягивающие нагрузки. Кабельные цепи можно моделировать с помощью итерационного расчёта по теории III порядка с учётом продольных и поперечных нагрузок.

Кабели подходят для моделей, где возникают большие деформации с соответствующими изменениями внутренних сил. Для простых расчётов растяжения, таких как натяжные элементы навеса, растянутые стержни вполне достаточны.

Армирующий стержень

С помощью этого типа стержня можно смоделировать свободные стальные арматуры в модели FEM элемента железобетона. Например, могут быть изучены области дисконтинуитета, основанные на аналогии с фермой (тягущие и сжимающие стержни в консолях, балках с отверстиями).

Армирующий стержень имеет автоматическую функцию соединения с другими элементами, такими как стержни или поверхности, если он физически находится внутри элемента. Как Тягостержень (только N), армирующий стержень имеет только касательную жёсткость. На данный момент не поддерживается нелинейное материалповедение.

В разделе 'Настройки' тип стержня установлен как свободная арматура. Другие доступные типы армирующих стержней доступны, если активировано дополнение Полосы.

Укажите в разделе 'Основные объекты' стержни или поверхности, в которых находится армирующий стержень. Используйте кнопку для этого. С помощью кнопки вы можете автоматически соединить армирующий стержень с основным объектом.

Кабель на блоках

Этот тип кабельного стержня также воспринимает только растягивающие силы и рассчитывается по теории кабелей (теория III порядка). Кабельный стержень на блоках может быть определён только по полилинии, имеющей по крайней мере три узла. Этот тип стержня подходит для вязкоупругих элементов натяжения, чьи продольные силы передаются через поворотные моменты в модели. Примером применения может назнажения механизма.

В отличие от обычного кабельного стержня, возможно только перемещение внутрь в узлах вдоль продольной оси (u_x). Стержень не должен быть нагружен стержневой нагрузкой, действующей в локальном направлении y или z. Учитываются только перемещения u_x и нормальные силы N.

Во внутренних узлах полилинии не имеет значения, есть ли узловая опора или стержень соединён с иной конструкцией: вся система кабельного стержня анализируется по длине полилинии.

Стрежень результатов

Стержень результатов подходит для интеграции результатов поверхностей, объёмов или стержней в фиктивный стержень. Так можно считывать результирующие поперечные силы поверхности для проверки кирпича.

Линия стержня результата может быть произвольно размещена в модели. Стержень результата не требует ни опоры, ни соединения с моделью. Однако необходимо указать поперечное сечение, чтобы можно было провести расчёт. На стержень результата нельзя наложить нагрузки.

Выберите тип стержня результата в разделе «Интегрировать напряжения и силы», чтобы определить геометрическую форму интеграции. В разделе «Параметры» вы можете определить размеры, они связаны с линией стержня в его центре тяжести.

Укажите в разделе 'Включать объекты' территории поверхности, объёмные тела и стержни, результаты которых должны быть учтены при интеграции. В качестве альтернативы выберите 'Все' объекты и исключите определённые элементы в разделе 'Исключить из включённых объектов'.

Линия результатов

Линия результатов позволяет интегрировать результаты поверхностей, объёмов или стержней в одну линию. Эту линию можно разместить в произвольном месте модели.

Принцип аналогичен стержню результатов. Однако вам не нужно назначать поперечное сечение. На вкладке 'Поперечное сечение' можно считать длину линии и, при необходимости, повернуть линию для отображения результата; никакой другой функции она не имеет.

Передача нагрузки

С помощью этого типа стержня можно прикладывать нагрузки к объектам, соединённым со стержнем на конечных или промежуточных узлах. Сам стержень жесткости не имеет. Критерии передачи нагрузки можно установить в новом разделе.

Передача нагрузки в настоящее время осуществляется методом ленты. Нагрузка на стержень передачи нагрузки - стержневая или узловая нагрузка типа сила, момент или масса - распределяется на ближайшие общие структурные объекты. Это могут быть, например, опорные узлы, стержни, узлы поверхностей или опорные линии.

Если необходимо учитывать собственный вес стержня, можно указать его в разделе 'Параметры'.

В разделе 'Нагруженные объекты' указаны номера узлов, для которых нагрузки стержня передаются на сопутствующие объекты. Если не все узлы являются актуальными, вы можете исключить определённые узлы в разделе 'Без эффекта на'.

Виртуальная балка

Этот тип стержня позволяет использовать свойства поперечного сечения для Стальных балок с открытым проёмом, представленных Институтом стальных балок в таблицах «Virtual Joist». Эти профили Virtual Joist представляют собой эквивалентные широкофланцевые балки, близкие к балочным поверхностям по площади пояса, эффективному моменту инерции и весу. Таким образом, балка заменяется стержнем с виртуальным профилем, чтобы смоделировать сложные единицы конструкции, такие как ферматическая балка в общей системе.

Выберите 'Ряд' виртуальной балки из списка.

Затем установите точный тип в списке 'Виртуальная балка'.

Кнопка в разделе 'Поперечное сечение и материал' позволяет импортировать виртуальную балку из библиотеки сечений.

Моделирование поверхностей

Этот тип стержня подходит в первую очередь для моделирования балок с отверстиями или ослабленных сечений, таких как проёмы для коммуникаций в модельной линейке стержня. Стержень преобразуется в модель поверхностей, в которой Прорези расположены согласно пользовательским введениям. Однако, стержень остаётся сохранённым, заранее требуется соответствие следующим условиям:

• Поперечное сечение представляет собой стандартный или параметрический тонкостенный профиль с одной стенкой.
• Материал поперечного сечения - это изотропная линейно-упругая модель материала.

В стержне типа «Моделирование поверхностей» стержень присутствует в виде и стержня, и поверхности. Геометрические свойства идентичны; оба модели имеют одинаковый центр тяжести. Отображение регулируется в навигаторе - отображение под элементами модель → основные элементы → стержни → моделирование поверхностей или кнопкой на панели инструментов.

FE-сетка модели поверхностей создаётся автоматически, её нельзя изменить в настоящее время. При статическом расчёте используется модель поверхностей, доступны результаты стержней (как для стержня результатов, где напряжения стержневых поверхностей интегрируются в виде внутренних сил стержней), а также результаты поверхностей. Управление осуществляется через навигатор - отображение или кнопку .

Расчёт стержня с моделированием поверхности в дополнениях выполняется с использованием стержневых внутренних сил и поперечного сечения стержня.

Как видно на изображении, на концах стержня с моделированием поверхности возникает несколько Жестких стержней. Они связывают модель поверхностей с конечными узлами соседних стержней, что обеспечивает корректную передачу внутренних сил к однокоординатным объектам. Если несколько стержней с моделированием поверхности примыкают друг к другу, крепёжные стержни создаются для каждого стержня.

В этом случае определите эсконтры силы для стержневой нагрузки. Нагрузка будет учтена по периметру сечения и сохранена в модели поверхностей.

Жёсткость

С помощью этого типа стержня вы можете использовать стержень с пользовательскими жёсткостями. Значения жёсткости следует определить в диалоге 'Новая жёсткость стержня' (см. главу Жёсткости стержня).

Соединение

Коrtoon - это виртуальный, очень жёсткий стержень с жёсткими или шарнирными концами. Существует четыре варианта выбора, чтобы связать перемещения начального и конечного узлов 'Жёстко' или через 'Соединение'. С помощью соединений можно моделировать специфические ситуации для передачи силы и моментов. При этом нормальные и поперечные силы, а также крутильные и изгибающие моменты, передаются напрямую от узла к узлу.

Пружина

Пружинный стержень предоставляет возможность моделирования линейных или нелинейных характеристик пружины с определяемыми зонами действия. Для пружинного стержня в разделе 'Поперечное сечение' нужно задать только длину стержня L_z, а не поперечное сечение: жёсткость стержня вычисляется из параметров пружины, которые вы определяете в диалоге 'Новая пружинная характеристика стержня' (см. главу Пружинные характеристики стержней).

Дампер

Амортизатор по сути представляет собой пружинный стержень в качестве дополнительного компонента «Коэффициент демпфирования». Этот тип стержня расширяет возможности для динамических анализов по методу временных изменений.

Как и в случае с пружинным стержнем, в разделе 'Поперечное сечение' нужно задать только длину стержня L_z, а не поперечное сечение. Жёсткость стержня вычисляется из параметров пружины, которые вы задаёте в диалоге 'Новая пружинная характеристика стержня' (см. главу Пружинные характеристики стержней). Свойства демпфирования можно регулировать с помощью коэффициента демпфирования X.

Опции

В этом разделе вы можете установить другие свойства стержня с помощью флажков.

Узлы на стержне

С помощью одного или нескольких узлов на стержне вы можете разделить стержень на сегменты, не разрезая его (см. главу Узлы).

Шарниры

Вы можете разместить шарниры на стержне, чтобы управлять передачей внутренних сил на конечные узлы (см. главу Шарниры стержня). Для некоторых типов стержней ввод ограничен, так как уже есть внутренние шарниры. Вы можете назначать изменения момент соединения 'Начало стержня i' и 'Конец стержня j' по отдельности.

Эксцентриситеты

Эксцентриситеты предлагают возможность эксцентрического присоединения стержня к конечным узлам (см. главу Эксцентриситеты стержней). Вы можете назначать эксцентриситеты для 'Начало стержня i' и 'Конец стержня j' по отдельности.

Опоры

Вы можете назначить стержню опору, действующую на его всю длину. Степени свободы и коэффициенты жёсткости должны быть определены в условиях поддержки (см. главу Опоры стержней).

Поперечные жёсткости

Поперечные жёсткости стержня оказывают влияние на его жёсткость при кручении. Они влияют на расчёт с включением кручения с использованием семи степеней свободы (см. главу Поперечные жёсткости стержней).

Открывания стержней

Поперечные и продольные сечения стержней оказывают влияние на их характерные параметры и распределение усилий. Они актуальны для стержня типа «Моделирование поверхностей». Определено в главе Открывания стержней, как определить тип и расположение открываний.

Нелинейность

Вы можете назначить нелинейность стержню. Нелинейные свойства определяются как нелинейности стержня (см. главу Нелинейности стержней).

Промежуточные точки результатов

С промежуточными точками результатов можно управлять таблицей выводом результата вдоль стержня. Разделительные точки определяются в диалоге 'Новая промежуточная точка результатов стержня' (см. главу Промежуточные точки результатов стержня).

Изменения конца

С помощью изменений конца можно графически корректировать геометрию стержня на его концах. Таким образом, можно подготовить выступы, укорочения или скосы для отрендеренного изображения.

'Удлинение': Вы можете задать 'Удлинение' для начала и конца стержня. Отрицательное значение Δ действует как укорочение.

'Скос': С помощью скоса можно наклонить каждый конец стержня. Вспомогательные углы возможны вокруг двух осей стержня y и z. Положительный угол вызывает поворот по часовой стрелке относительно той или иной положительной оси.

Включить передачу нагрузки

Этот флажок позволяет распределить нагрузку стержня – независимую от его жёсткости – с помощью передачи нагрузки. Таким образом, стержень активен в модели через его жёсткость. Распределение нагрузок на соседние объекты управляется параметрами, которые вы устанавливаете на вкладке Передача нагрузки.

Отключить для расчёта

Если вы отметите этот флажок, стержень вместе с нагрузкой не будет учтён в расчёте. Таким образом, вы можете проанализировать, как изменение определённых стержней влияет на поведение модели. Стержни не нужно удалять; нагрузки также остаются сохранёнными.