Задание свойств стержней

Для расчета конструкций, моделируемых стержневыми конечными элементами, необходимо задать геометрические параметры сечений этих элементов. Геометрические параметры сечений назначаются блоку элементов.

Чтобы задать сечения стержню с помощью геометрических характеристик, перейдите в (Режим – Блоки, Объект – Блок, Действие – Свойства/параметры блока). Блоку должна быть задана категория Стержень.

Стержневые элементы используются при расчете статически определимых ферм, вантовых мостов и т.п. в линейной постановке или с учетом больших деформаций.

Использование стержней необходимо проводить на сетке в один элемент (два узла), поддерживаемые типы анализов - статика с учетом и без учета геометрической нелинейности, без использования связей и контактов.

Порядок элемента для стержней не применяется; по умолчанию используется первый порядок. Установка второго и выше порядка фактически означает наличие двух стержней со сферическим шарниром.

Для категории типа стержень возможны варианты поведения:

Растяжение и сжатие;
Только растяжение (тросы);
Только сжатие.

При выборе категории Стержень должен появиться выбор поведения стержня и кнопка ID свойств блока.

При выборе поведения Растяжение и сжатие - стержень является аналогом элемента пружина, за исключением, что жесткость элемента формируется из площади поперечного сечения и используемого материала.

При выборе поведения Растяжение позволяет моделировать поведение тросов и иных гибких структур, которые не способны воспринимать сжимающие нагрузки.

Такие элементы применяются для расчетов мачт, мостов, подвесов, подъемных тяговых и страховочных устройств, приборов и аппаратуры с гибкими элементами питания, а также для расчетов некоторых видов конструкций машиностроения.

При выборе поведения Сжатие позволяет моделировать поведение подпорок и иных структур, которые не способны воспринимать растягивающие нагрузки.

Такие элементы применяются в расчетах подпорных и страховочных устройств, различного рода блокирующих и запирающих систем, а также конструкций, в которых нет жесткого крепления к опорным элементам.

При поведении Растяжение и сжатие элемент является линейным и может использоваться в расчетах модального анализа.

При использовании этого поведения статический расчет можно выполнять как с включенной, так и с отключённой настройкой геометрической нелинейности.

При поведении Растяжение и сжатие элемент является нелинейным и не может использоваться в расчетах модального анализа.

При расчетах статики автоматически включается настройка геометрической нелинейности в настройках решателя. При ее отключении поведение стержня также меняется с выводом соответствующего предупреждения.

Есть возможность создать новое сечение стержня или выбрать существующие ID.

При нажатии на кнопку открывается новое окно для задания необходимых параметров. В появившемся окне укажите:

качество сетки сечения;
угол поворота системы координат;
профиль сечения и соответствующие ему размеры.

Нажмите Применить.

CAE Fidesys поддерживает сечения стержней следующих типов:

прямоугольник	эллипс

двутавр	швеллер

тавр	Z-сечение

полый прямоугольник	круг со смещенным отверстием

корытный профиль	уголок

задание сечения с помощью моментов инерции	труба

Просмотр сечения балки в 3D-виде возможен в препроцессоре CAE Fidesys при нажатии кнопки Показать 3D-вид.

Просмотр сечения балки в 3D-виде возможен в постпроцессоре FidesysViewer при нажатии кнопки 3D-вид после выполнения расчета. Для этого необходимо перед запуском на расчет установить опцию Поля - вывода - Выводить результаты в 3Д-виде.

Для сечений, заданных только с помощью моментов инерции, просмотр 3D-вида недоступен.

ВАЖНО: Данная категория имеет одну ось, может воспринимать растяжение и сжатие и имеет три степени свободы в каждом узле - перемещения в направлениях осей X, Y и Z. Как стержневой элемент, он не имеет свойств изгиба. Из геометрии сечения воспринимает только площадь.

ВАЖНО: При расчете ферм необходимо производить расчет статически неизменяемых ферм.

Статическая неизменяемость и статическая неопределимость

Статическая неизменяемость ферм стержневой системы определяется порядком их образования. Простейшей статически неизменяемой шарнирной системой является треугольник, имеющий три стержня при трех шарнирах. Для присоединения каждого следующего шарнира в статически неизменяемой системе необходимо предусмотреть два дополнительных стержня. Поэтому в статически неизменяемой стержневой системе, имеющей n узлов, стержней должно быть:

где n - количество узлов.

При меньшем количестве стержней для обеспечения статической неизменяемости ферм необходимо было бы создавать в них жесткие узлы. Например, для фермы, состоящей из 5 стержней (рис. 1), должно быть предусмотрено 4 узла.

Если ферма содержит не меньше (2n-3) стержней, то она считается неизменяемой. Если число стержней будет больше при том же количестве узлов, то ферма будет статически неопределимой.

Таким образом, в ферме из четырех узлов должно быть как минимум 5 стержней для ее статической неизменяемости. Для статической определимости должно быть не больше чем 2n-3 стержней. Для расчета такой фермы, как известно, достаточно рассмотреть три уравнения статики.

Рис.1 - К проверке геометрической неизменяемости и статической определимости фермы

Как было показано, лишние стержни (сверх того количества, которое определяется указанным соотношением) придают ферме статическую неопределимость. В этом случае уравнений статики оказывается недостаточно для определения усилий в стержнях. Для их расчета необходимо дополнительно составить уравнения деформации.

ВАЖНО: Использование стержней необходимо осуществлять на сетке в один элемент (два узла). Поддерживаемые типы анализов — статика с учетом и без учета геометрической нелинейности, без использования связей и контактов.