Основы

Вкладка Основные управляет базовыми параметрами стержня. Если в разделе 'Опции' установить флажок, обычно добавляется еще одна вкладка диалогового окна. Там можно задать подробности.

Тип стержня

Тип стержня определяет, как могут восприниматься внутренние силы или какие свойства предполагаются для стержня. В списке доступны различные типы стержней.

Балочный стержень

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

Абсолютно жесткий стержень

Абсолютно жесткий стержень связывает перемещения двух узлов посредством жесткого соединения. Поэтому в принципе он соответствует Соединению. Это позволяет определять стержни с очень большой жесткостью с учетом шарниров, которые также могут иметь пружинные постоянные и нелинейности. Численные проблемы практически не возникают, так как жесткости адаптированы к системе.

Для абсолютно жестких стержней внутренние силы выводятся, если в Навигаторе - Результаты внизу в категории 'Стержни' активировать Результаты для соединений.

Для абсолютно жестких стержней применяются следующие жесткости:

Ребро

С помощью ребер можно моделировать плитные балки (прогоны). При этом типе стержня эксцентриситеты и эффективные ширины плиты учитываются в КЭ-модели.

Ребра в первую очередь подходят для железобетонных стержней, так как внутренние силы и сечения ребер используются при расчете железобетона. Стальной лист с приваренным «ребром» следует моделировать как поверхность с эксцентрично прикрепленным стержнем.

Список 'Расположение ребра' предлагает несколько вариантов выбора.

Ребро, как правило, представляет собой эксцентрично расположенный стержень. Эксцентриситет автоматически определяется по половине толщины поверхности и половине высоты стержня. Однако его также можно задать вручную. Эксцентриситет ребра увеличивает жесткость модели. При центрическом расположении центр тяжести ребра находится в середине поверхности.

Эффективные ширины ребра необходимо определить в разделе 'Размеры полки' для левой и правой стороны. Как правило, можно сохранить настройку 'Найти автоматически', с помощью которой программа определяет обе поверхности. Если на линии ребра сходится более двух поверхностей, определяющие поверхности необходимо задать вручную.

Для ввода ширин интегрирования b_-y,int и b_+y,int существуют различные возможности (см. рисунок Новое ребро): Ширины можно ввести напрямую или определить автоматически по длине стержня с помощью опций L_ref / 6 и L_ref / 8. Их также можно определить в соответствии с требованиями норм, например, согласно разделу 5.3.2.1 'EC2'.

Значения b_y,int определяют ширину поверхности или зоны интеграции, из которой должны интегрироваться внутренние силы. Значения b_y,eff представляют ширину поперечного сечения полки ребра от центра стенки до соответствующего края. По умолчанию b_y,int и b_y,eff равны. Однако вы можете задать их отдельно, нажав кнопку .

Если были определены узлы типа 'Узел на стержне', ребро можно определить посекционно для отдельных сегментов. Если определено несколько сегментов, то участки с различной шириной можно соединить друг с другом, линеаризируя их, чтобы предотвратить большие скачки жесткости в ребре, используя столбец таблицы 'Линейное распределение'.

В 3D-моделях эффективные ширины не влияют на жесткость, так как повышенная жесткость учитывается эксцентричным стержнем. Однако эффективные ширины влияют на распределение внутренних сил в стержнях и поверхностях.

Ферменный стержень

Ферменный стержень соответствует балочному стержню с моментными шарнирами на обоих концах. Дополнительно поворот вокруг продольной оси в начале стержня освобождается шарниром φ_x. Для этого типа стержня из нагрузок стержня выводятся изгибающие и крутящие моменты.

Ферменный стержень (только N)

Этот тип ферменного стержня с жесткостью E ⋅ A способен воспринимать нормальные силы в виде растяжения и сжатия. Выводятся только узловые внутренние силы. Стержень имеет линейное распределение внутренних сил, если на стержне не действует сосредоточенная нагрузка. Распределение моментов, которое могло бы возникнуть из-за собственного веса или линейной нагрузки, не выводится. Однако узловые силы вычисляются по нагрузкам стержня, что обеспечивает корректную передачу.

Связь, устойчивая к потере устойчивости (Buckling Restrained Brace)

Этот тип позволяет моделировать стержень со стальным сердечником (плоская сталь или крестообразное сечение) и бетонным заполнением оболочки в квадратном или круглом полом профиле. Он используется в основном в США для придания жесткости зданиям, подверженным землетрясениям.

Растянутый стержень

Растянутый стержень может воспринимать только растягивающие силы. Тип стержня соответствует 'Ферменному стержню (только N)', который выходит из строя при сжимающей силе.

Расчет стержневой системы с растянутыми стержнями выполняется итеративно: На первом этапе определяются внутренние силы всех стержней. Если растянутые стержни получают отрицательную нормальную силу (сжатие), начинается следующий этап итерации. Вклад жесткости этих стержней больше не учитывается – они вышли из строя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ни один растянутый стержень не выйдет из строя. Система может стать неустойчивой из-за выхода из строя растянутых стержней.

Сжатый стержень

Сжатый стержень может воспринимать только сжимающие силы. Тип стержня соответствует 'Ферменному стержню (только N)', который выходит из строя при растягивающей силе. Выходящие из строя сжатые стержни могут привести к неустойчивости системы.

Стержень с потерей устойчивости

Стержень с потерей устойчивости соответствует 'Ферменному стержню (только N)', который воспринимает неограниченные растягивающие силы, но сжимающие силы только до достижения критической силы. Для случая Эйлера 2 эта сила определяется следующим образом:

С помощью этого типа стержня часто можно избежать неустойчивостей, возникающих при нелинейном расчете по теории II. или III. порядка из-за потери устойчивости ферменных стержней. Если заменить их (в соответствии с реальностью) стержнями с потерей устойчивости, во многих случаях критическая нагрузка увеличивается.

Вантовый стержень

Ванта может работать только на растяжение. Это позволяет рассчитывать вантовые системы с помощью итерационного расчета по теории III. порядка с учетом продольных и поперечных сил.

Ванты подходят для моделей, в которых могут возникать большие деформации с соответствующими изменениями внутренних сил. Для простых оттяжек, например, у козырька, вполне достаточно растянутых стержней.

Арматурный стержень

С помощью этого типа стержня можно моделировать ненапрягаемую стальную арматуру в КЭ-модели железобетонного элемента. Таким образом, можно исследовать, например, области разрыва, основанные на аналогии фермы (растянутые и сжатые раскосы у консолей, балки с отверстиями).

Арматурный стержень имеет функцию автоматического соединения с другими элементами, такими как стержни или поверхности, если он физически находится внутри элемента. Как и Ферменный стержень (только N), арматурный стержень имеет только тангенциальную жесткость. Нелинейное поведение материала в настоящее время невозможно.

В разделе 'Настройки' в качестве типа стержня установлена ненапрягаемая арматура. Другие типы арматурных стержней доступны, если активирован аддон Напрягаемые арматурные элементы.

В разделе 'Главные объекты' назначьте стержни или поверхности, в которых находится арматурный стержень. Используйте для этого кнопку . Затем с помощью кнопки вы можете автоматически соединить арматурный стержень с главным объектом.

Ванта на блоках

Этот тип вантового стержня также воспринимает только растягивающие силы и рассчитывается по теории вант (теория III. порядка). Однако ванта на блоках может быть определена только на полилинии, имеющей не менее трех узлов. Поэтому этот тип стержня подходит для гибких растянутых элементов, продольные силы которых передаются через модель через точки отклонения. Примером применения является полиспаст.

В отличие от обычного вантового стержня, во внутренних узлах возможно только перемещение в продольном направлении (u_x). Следовательно, стержень не должен нагружаться нагрузками на стержень, действующими в локальном направлении y или z. Учитываются только перемещения u_x и нормальные силы N.

На внутренних узлах полилинии не имеет значения, имеется ли узловая опора или стержень соединен с другой конструкцией: Исследуется вся система вантового стержня по длине полилинии.

Результирующая балка

Результирующая балка подходит для интегрирования результатов по поверхностям, объемам или стержням в фиктивном стержне. Таким образом, можно, например, считать результирующие поперечные силы поверхности для расчета кладки.

Линия результирующей балки может быть размещена в модели произвольно. Результирующая балка не требует ни опирания, ни соединения с моделью. Однако необходимо назначить поперечное сечение, чтобы обеспечить возможность расчета. На результирующую балку нельзя прикладывать нагрузки.

Выберите тип результирующей балки в разделе 'Интегрировать напряжения и силы', чтобы определить геометрическую форму области интегрирования. Затем в разделе 'Параметры' можно задать размеры. Они относятся к линии стержня в его центре тяжести.

В разделе 'Включить объекты' определите поверхности, ячейки поверхностей, объемные тела и стержни, результаты которых должны учитываться при интегрировании. В качестве альтернативы выберите 'Все' объекты, а затем исключите определенные элементы в разделе 'Исключено из включенных объектов'.

Линия результатов

Линия результатов подходит для интегрирования результатов по поверхностям, объемам или стержням в линии. Эта линия может быть размещена в модели произвольно.

Принцип соответствует Результирующей балке. Однако вам не нужно назначать поперечное сечение. На вкладке 'Сечение' вы можете узнать длину линии и, при необходимости, повернуть линию для отображения результатов; других функций она не имеет.

Передача нагрузки

Этот тип стержня позволяет прикладывать нагрузки к объектам, которые соединены со стержнем в его концевых или промежуточных узлах. Сам стержень не имеет жесткости. Критерии передачи нагрузки можно задать на новой вкладке.

Передача нагрузки в настоящее время осуществляется полосовым методом. Нагрузка на передающий нагрузку стержень – нагрузка на стержень или узловая нагрузка типа силы, момента или массы – пропорционально передается на ближайшие общие объекты конструкции. Это, например, опертые узлы, стержни, узлы поверхностей или опертых линий.

Если необходимо учесть собственный вес стержня, в разделе 'Параметры' можно задать вес стержня.

В разделе 'Нагружаемые объекты' указываются номера узлов, в которых нагрузка стержня передается на присоединенные объекты. Если не все из этих узлов важны, вы можете исключить определенные узлы в разделе 'Без воздействия на'.

Виртуальная балка

Этот тип стержня позволяет использовать свойства поперечного сечения для Open Web Steel Joists, которые Steel Joist Institute предоставил в так называемых таблицах "Virtual Joist". Эти профили Virtual Joist представляют собой эквивалентные широкополочные балки, которые очень близки к площади пояса балки, эффективному моменту инерции и весу. Таким образом, балка заменяется стержнем с виртуальным поперечным сечением. Это позволяет моделировать сложные несущие элементы, такие как ферменная балка, в общей системе.

Выберите в списке 'Серия' виртуальной балки.

В списке 'Виртуальная балка' вы можете затем определить точный тип.

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

Модель поверхности

Этот тип стержня в первую очередь подходит для моделирования перфорированных и ячеистых балок или ослаблений поперечного сечения, таких как проемы для инженерных коммуникаций, в стержневой модели. При этом стержень преобразуется в модель поверхности, в которой расположены Отверстия в стержне, заданные пользователем. Однако стержень сохраняется. Должны быть выполнены следующие условия:

• Поперечное сечение представляет собой стандартизированный или параметризованный тонкостенный профиль со стенкой.
• Материал поперечного сечения основан на изотропной линейно-упругой модели материала.

При типе стержня 'Модель поверхности' стержень существует как в виде стержневого объекта, так и в виде объекта поверхности. Геометрические свойства идентичны; обе модели имеют один и тот же центр тяжести. Отображение контролируется в Навигаторе - Вид через запись Модель → Основные объекты → Стержни → Модель поверхности или кнопку на панели инструментов.

КЭ-сеть модели поверхности создается автоматически и в настоящее время не может быть изменена. При статическом расчете используется модель поверхности. Для оценки затем доступны как результаты по стержням (как у Результирующей балки, где напряжения частичных поверхностей стержня интегрируются во внутренние силы стержня), так и результаты по поверхностям. Управление здесь также можно осуществлять через Навигатор - Вид или кнопку .

Расчет стержня модели поверхности в аддонах выполняется с использованием внутренних сил стержня и поперечного сечения стержня.

Как видно на рисунке выше, на концах стержня модели поверхности создается несколько Абсолютно жестких стержней. Они соединяют модель поверхности с концевыми узлами соседних стержней. Это обеспечивает корректную передачу внутренних сил на 1D-объекты. Если несколько стержней модели поверхности соединяются друг с другом, эти связующие стержни создаются для каждого стержня.

В этом случае определите для нагрузки на стержень Эксцентриситет силы на поперечном сечении. Таким образом, нагрузка прикладывается реалистично по краю сечения и сохраняется в модели поверхности.

Жёсткость

С помощью этого типа стержня вы можете использовать стержень с пользовательскими жесткостями. Характеристики жесткости необходимо определить в диалоговом окне 'Новая жесткость стержня' (см. главу Жесткости стержней).

Соединение

Стержень-связка — это виртуальный, очень жесткий стержень с жесткими или шарнирными концами. Доступны четыре варианта для связывания степеней свободы начального и конечного узлов 'Жестко' или через 'Шарнир'. Соединения позволяют моделировать особые ситуации для передачи сил и моментов. При этом нормальные и поперечные силы, а также крутящие и изгибающие моменты передаются непосредственно от узла к узлу.

Пружина

Пружинный стержень дает возможность моделировать линейные или нелинейные свойства пружины с определяемыми зонами действия. Для пружинного стержня на вкладке 'Сечение' нужно указать только длину стержня L_z, поперечное сечение не требуется: Жесткость стержня определяется параметрами пружины, которые вы задаете в диалоговом окне 'Новая пружина стержня' (см. главу Пружины стержней).

=== Демпфер === (В оригинале было опечатка? Исправил на "Демпфер", следуя общему смыслу и "DamperTab")

Демпфер в принципе соответствует пружинному стержню с дополнительным свойством 'Коэффициент демпфирования'. Этот тип стержня расширяет возможности для динамического анализа с помощью Метод анализа временной истории.

Как и для пружинного стержня, на вкладке 'Сечение' нужно указать только длину стержня L_z, поперечное сечение не требуется. Жесткость стержня определяется параметрами пружины, которые вы задаете в диалоговом окне 'Новая пружина стержня' (см. главу Пружины стержней). Свойствами демпфирования можно управлять с помощью коэффициента демпфирования X.

Опции

В этом разделе вы можете задать дополнительные свойства стержня, используя флажки.

Узлы на стержне

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

Шарниры

Вы можете расположить шарниры на стержне, чтобы контролировать передачу внутренних сил в концевых узлах (см. главу Концевые шарниры стержня). Для определенных типов стержней ввод заблокирован, так как внутренние шарниры уже присутствуют. Вы можете назначить шарниры отдельно для 'Начала стержня i' и 'Конца стержня j'.

Эксцентриситеты

Эксцентриситеты предоставляют возможность прикрепить стержень к концевым узлам внецентренно (см. главу Эксцентриситеты стержней). Вы можете назначить эксцентриситеты отдельно для 'Начала стержня i' и 'Конца стержня j'.

Опирания

Вы можете назначить стержню опирание, которое действует по всей его длине. Степени свободы и жесткости пружин необходимо определить в условиях опирания (см. главу Опирания стержней).

Поперечные жесткости

Поперечные жесткости на стержне влияют на жесткость стержня при депланации. Они оказывают влияние на расчет с кручением с депланацией с учетом семи степеней свободы (см. главу Поперечные жесткости стержня).

Отверстия в стержне

Отверстия в стержне влияют на характеристики поперечного сечения и распределение внутренних сил. Они важны для типа стержня 'Модель поверхности'. В главе Отверстия в стержне описано, как определить тип и расположение отверстий.

Нелинейность

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

Промежуточные точки результатов

С помощью промежуточных точек результатов вы можете управлять выводом результатов в таблице вдоль стержня. Точки деления необходимо определить в диалоговом окне 'Новая промежуточная точка результатов стержня' (см. главу Промежуточные точки результатов стержня).

Концевые модификации

С помощью концевых модификаций вы можете графически адаптировать геометрию стержня на его концах. Таким образом можно подготовить свесы, укорочения или скосы для визуализированного отображения.

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

'Скос': С помощью скоса вы можете скосить каждый конец стержня. Возможны углы скоса вокруг обеих осей стержня y и z. Положительный угол вызывает вращение по часовой стрелке вокруг соответствующей положительной оси.

Активировать передачу нагрузки

Флажок позволяет распределять нагрузку стержня - независимо от жесткости стержня - с помощью передачи нагрузки. Таким образом, стержень действует в модели через свою жесткость. Распределение же нагрузки на соседние объекты контролируется параметрами, которые вы можете задать на вкладке Передача нагрузки.

Деактивировать для расчета

Если установить этот флажок, стержень, включая нагрузку, не будет учитываться в расчете. Это позволяет исследовать, как изменяется несущее поведение модели, если определенные стержни не активны. Стержни не нужно удалять; нагрузки также сохраняются.