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2024-11-28

面模型支座反力分析:方法与挑战

如何分析面上的线支座反力?结果剖面有何帮助?


回复:

在建立面模型时,需为其设置线支座等支承构件。支座反力分析可用于验证模型的正确性,并获取支座反力,以便将其传递给其他结构。当支座条件涉及非线性或呈曲线布置时,利用软件进行分析是更高效的选择。

在杆件结构中分析支座反力较为简单。如下部所示带悬臂的单跨梁,节点支座左右两侧的剪力之和,即构成了与之大小相等、方向相反的支座反力。这些力共同作用,满足整个系统的力平衡条件。

需要注意剪力在点支座处存在的突变现象。对于杆件结构,此类剪力分布规律清晰明了。然而在面结构分析中,有限元法往往无法精确描述这一局部行为,从而在支座邻近区域引发数值误差。

首先介绍支座反力的分析方法。其分析基于上图所示的结构模型,该模型将管截面进行面单元划分,并将悬臂端的支座设置为非线性线支座。

信息框显示

沿支座线分布的支座反力,可通过全局线支座反力 pz 来显示。相关信息框中会显示该线支座反力,其数值即代表支座的总反力。

结果图显示

沿支座轴线的支座反力可以通过显示结果图来查看。通过激活“恒定平滑”按钮,可以显示线支座反力的合力值。

以上两种方法均显示,支座反力为预期的 Fz = 15 kN。

接下来,将尝试通过结果剖面来确定支座反力。在上面所述的杆件面模型中创建了三个结果剖面:剖面101和103分别位于支座线的左右两侧,而剖面102则直接设置在支座线上。在这些结果剖面中,已激活荷载分布 Pz 的显示功能。

结果见图 5:
可以看出,支座线左右两侧的剖面显示了 Vz = 5 kN 和 Vz = 10 kN 的预期剪力值。直接位于支座线上的剖面102显示了一个意料之外的数值 Vz = 2.5 kN。

如果将剖面102向左或向右移动几毫米,即移到支座线旁边,则结果值将显示为 5 kN 或 10 kN。剖面102直接位于支座线上,正好位于剪力突变的位置。因此,此处的剪力值本身是不确定的,理论上不应显示具体数值。但软件仍然给出了一个结果,这是为什么呢?

这正印证了开头提到的数值精度问题。为了直观展示,我们在面模型的轴线位置建立了一个结果梁,用于投射管截面的面单元结果。

结果:
在线支座处,面模型中的剪力并未表现为杆件理论中的突变,而是以一个有限的陡升坡度过渡。同时,剪力曲线的零值点(即其与杆件轴线的交点)也相对支座线存在偏差,详见图6。

因此,直接把结果剖面放在线支座上来分析支座反力,是完全不可靠的。它不仅无法准确反映支座反力,提供的截面内力结果也毫无实际意义。


作者

Nikoleizig 先生为德儒巴软件的客户提供技术支持。



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