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使用面单元进行计算是否足够,或者使用实体单元更好?

回答

使用有限元方法(FEM)设计结构构件时,可以在RFEM中选择面和实体。 面的一个很大的优点是计算时间,因为有限元仅在面中定义。 第三个维度,即厚度,在计算中被视为物理属性。 因此,面可以看作是数学简化。 此外,与实体(雅可比矩阵)相比,面更容易被网格化。

板单元分为两种类型。 在传统的薄板理论(基尔霍夫)中忽略了剪力引起的剪切变形,在厚板理论中使用了特殊的扩展方法(Reissner-Mindlin)。 对于薄板,纯弯曲作用是主要的。 简化的弯曲理论就足够了。 随着厚度的增加,横向剪力作用对承载力的影响也随之增加。 从一定的厚度开始,忽略该分量的误差非常大,以至于必须对厚板进行理论计算。 板是“薄”还是“厚”并不取决于单个有限元的“尺寸与厚度”比,而是取决于结构体系中的条件。 除了板的厚度外,影响因素还包括跨度(长度,宽度,半径),支座类型和荷载类型以及它们的分布。 受影响很大,不能指定强制值。

图01显示了相应元素的有效性指南。 “ d”值是结构构件的厚度,“ L”是结构构件的长度或支座之间的距离。 d/L比值表示该元素何时有效用于分析。 如果d/L较大,那么剪切变形是决定性的值,您最好使用实体。 如果d/L较小,则剪切变形没有决定性的影响,面单元是最有效的选择。

在图02中使用不同的单元进行计算。 显示俯视图,以便可以在像平面中解释变形。 对于d/L较小的0.2,变形非常好地对应于所有三个变量。 如果d/L = 0.4,则薄板计算和厚板计算之间的差异已经可见。 在d/L = 0.7的极端情况下,厚板与实体之间的差异也可以观察到。 选择荷载的方式是对所有实体单元进行相同的变形计算,以便生成一个综合的表达式。

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