При моделировании конструкции в SkyCiv Structural 3D, элементы и соединения упрощены за счет узлов и линий для элементов.. Эти линии между узлами всегда проходят через центр тяжести каждого элемента для простоты и непрерывности.. В действительности, возникают ситуации, когда нагрузка, действующая на элемент, не может быть обоснована через его центр тяжести, это эксцентричная нагрузка. Инженерам необходимо учитывать эксцентрические нагрузки при проектировании элементов, поскольку добавление вращения в поперечном сечении, или кручение, могу, и скорее всего так и будет, влияние на предельное состояние сечения.
Например: точечная нагрузка на консольный пол сверху, или свисающий груз со стороны балки, прикрепленной к ребрам жесткости. Простое изображение эксцентрических нагрузок и их интерпретация показаны на рисунке. 1.
фигура 1: Пример внецентренной нагрузки на I-образное сечение
Источник: http://manual.midasuser.com
Давайте рассмотрим пример в SkyCiv Structural 3D и приложим эксцентричную точечную нагрузку двумя разными способами.. Первый, предположим, что у нас есть балка W14x22, которая 15 футов длиной с эксцентричной точечной нагрузкой в середине размаха 10 кипы , действующий 12 в дюймах от центроида. Будем считать, что нагрузка действует вниз (-направление Y) и в левую сторону (+Направление Z) члена. Также, мы будем считать, что собственный вес отключен, для простоты.
При моделировании одного члена, убедитесь, что ваши опоры правильны при моделировании эксцентричной нагрузки. Анализ не будет выполняться, если обе опоры вашей балки установлены как 3D-булавки, поскольку ни одна из опор не будет сопротивляться вращению поперечного сечения.. В нашем случае, опора дальше от начала координат представляет собой всего лишь 2D-штифт, позволяющий вращаться в направлениях X и Y., происходит от вертикального и горизонтального отклонения. Давайте посмотрим на наш пример члена в пространстве 3D-моделирования.:
Сейчас же, давайте рассмотрим два метода учета эксцентриситета нашей нагрузки. Ссылаясь на рисунок 1, в нашем случае:
\({п} знак равно {10} кипы )
\({е} знак равно 12 дюймы = 1 ступня)
Понижающий коэффициент, необходимый для прочности на изгиб в соответствии с AISI S100-12. 1: Учет эксцентриситета применением Момента
Как показано на рисунке 1, мы можем учесть эксцентриситет нагрузки, приложив дополнительный момент в центр тяжести стержня.. Этот момент находится путем умножения точечной нагрузки на плечо момента., или “е”. Нам все еще нужно учитывать саму точечную нагрузку., так что будет (2) грузы в указанном месте.
В нашем случае:
\({M} знак равно {п}*{е}\)
\({M} знак равно 10 кипы * 1 фут = 10 kip-ft\)
Как уже упоминалось, этот момент теперь приложен в том же месте вдоль элемента, что и эксцентриковая точечная нагрузка.. SkyCiv распознает положительный момент, когда он вращается против часовой стрелки вокруг применяемой оси., который в нашем случае находится вокруг глобальной оси X. См. Рисунок 3 из этих нагрузок применено в SkyCiv 3D:
фигура 3: Моделирование эксцентриковой нагрузки путем приложения дополнительного момента
Понижающий коэффициент, необходимый для прочности на изгиб в соответствии с AISI S100-12. 2: Использование жестких связей
Другой метод — использовать жесткие связи.. Жесткие ссылки рассматриваются как воображаемые члены, которые вращаются и перемещаются вместе со всем, с чем они связаны.. Они не прогибаются между своими узлами и полностью жесткие.. Жесткие связи обозначаются в пространстве 3D-моделирования светло-серым цветом и имеют значок “р” рядом с ними, как показано на рисунке 4. Потому что они используются больше для соединения элементов и нагрузок., им нужен размер или идентификатор раздела.
Для нашего примера, Узел 6 находится в середине члена. Узел 5 находится в той же координате X, но 1.0 ноги в направлении +Z; Узел 5 фактическое расположение эксцентриковой нагрузки.
Создайте/нарисуйте элемент между двумя узлами, и назначьте его как жесткую ссылку. Вы можете сделать это, нажав кнопку Передовой переключиться в окне участника, затем собираюсь Тип и изменив его на Жесткая ссылка. После применения, член должен выглядеть так, как описано выше. Один конец обозначает фактическое расположение эксцентриковой нагрузки, а другой конец соединен с элементом в перпендикулярном направлении., наконец-то можно приложить нагрузку. Это показано на рисунке 4; красная стрелка указывает на жесткое соединение:
фигура 4: Использование жесткой связи для учета эксцентриситета точечной нагрузки
Окончательное сравнение и анализ:
Давайте запустим линейный статический анализ и посмотрим на результаты.. Мы должны увидеть нисходящую силу 10 тысяч фунтов в дополнение к скручивающему компоненту в месте погрузки. Оба
фигура 5: Оба условия нагрузки для эксцентричной нагрузки
Первый, давайте посмотрим на реакцию и моментальные результаты (фигура 6):
фигура 6: Результаты реакций и моментов для обоих методов
Как и ожидалось, мы видим то, что и ожидали бы от нагрузки той же величины и местоположения вдоль элемента., но через центроид.
впоследствии, из-за эксцентричности, мы можем наблюдать, что оба члена дают одинаковый результат, и показать, что этот член ТАКЖЕ испытывает кручение (фигура 7):
фигура 7: Результаты анализа кручения для обоих методов
Инженер-строитель
BEng (гражданского)
