非線形ケーブル分析と線形分析の違い?

構造ソフトウェアで使用されるケーブル要素は、斜張橋を扱うときに非常に役立ちます, 吊り橋, ケーブルネットと支柱/タワー. しかしながら, ケーブルは非常に非線形な特性のため、モデル化および分析が非常に困難です. ケーブルは一般的に非常に柔軟な細い鋼線やロープに似ています, 多くの場合、大きなたわみを受けます. これらの理由により, 線形静解析は適切ではなく、非常に不正確な結果につながる可能性があります.

架線ケーブル要素

優れた構造解析ソフトウェアには、専用のケーブル要素を使用して構造をモデル化する機能が含まれます. 一部のソフトウェアはケーブル要素を直接サポートしていませんが、ケーブルは一連の張力のみのトラス要素を使用してモデル化することを推奨しています. しかしながら, このシナリオでトラス要素がさらに正確になるようにするため, ユーザーは、ケーブルの変形形状を推定するために、最初のノード位置を入力する必要があります. 想像できるように, たるみやプリテンションの場合、これはしばしば困難な作業になります. さらに, エンジニアが曲げ剛性の弱いビームメンバーを使用してケーブル要素をモデリングしようとした場合 (私_とそして私_そして), 次に、横方向の荷重が加えられたときに、軸力の増加なしにたわみが大きくなります. これは明らかにケーブルの動作ではありません. 真のカテナリーケーブル要素は、横方向の荷重によるジオメトリの変化を考慮し、 "変換する" 軸張力へのこの作用. したがって, 単一のカテナリーケーブル要素は、ビーム要素や複数のトラス要素よりも高い精度と利便性でケーブルの動作をモデル化できます.

UDLによるたわみを示す単一の懸垂ケーブル要素.

ケーブルのユニークな属性

ケーブルはそれらが特別である 張力をサポートする軸方向の剛性のみ. これは、曲げがないことを意味します, せん断またはねじり容量. さらに, ケーブルの負荷が増加するにつれて, 彼らはより硬くなる傾向があり、より多くの量をサポートすることができます.

非線形解析はどのようにケーブルにメリットをもたらしますか?

上記のように, ケーブルは非常に弾力性と柔軟性があるため、幾何学的に非線形です, したがって、ケーブルが含まれる場合、大きなたわみが一般的です. 線形静解析では, 平衡方程式は、変形していないジオメトリに基づいています前荷重がかかる. しかしながら, 変形が大きい場合 (ケーブルが存在する場合など), 変形状態での平衡を考慮する必要があります. 荷重が適用されると想像してください, 構造が変形して回転すると方向が変わります. 下の画像でこの例を見ることができます. ビームの偏向が小さい場合, 次に、ビームがたわむとき、荷重の経路は一定のままです. しかしながら, ビームが大きく偏向して回転している場合, 荷重は垂直ではなく対角線になります. ケーブルは変形したときに同様の動作を示すため、幾何学的非線形解析が必要です.

たわみが大きいと荷重の方向が変わる, 線形静解析を不適切にする.

ケーブルのモデリングの難しさは、収束の問題に起因することがよくあります. 非線形分析は反復的です, だから解が発散するかもしれない.

SkyCiv構造3D: 架線ケーブル

良いニュースは、SkyCivが大変位理論を使用した非線形解析を介して架線ケーブルを分析できるようになったことです。. バージョン2.1で SkyCiv構造3D, ユーザーは、真のカテナリーケーブル要素を使用してケーブルをモデル化できるようになります. お客様は、初期張力を指定することで、ケーブルのプリテンションとたるみを制御することもできます (または無ひずみ) ケーブルの長さ.