Полуфиксированный (весна) фиксации позволяют смоделировать жесткость конца стержня, которая находится где-то между жесткостью фермы (приколот) фиксация или рама (фиксированный) неподвижность.

В этой статье подробно рассматриваются полужесткие элементы., как установить их в S3D, как их значения используются в программном обеспечении, и их влияние на поведение участников.

Рамка, крепления концов ферм и полужестких элементов

Первый, краткий обзор исправлений Frame vs Truss:

1. Фиксация кадра (FFFFFF), также называемый “фиксированный” или “полностью фиксированный”, обеспечивает отсутствие вращения между соединенными элементами в соединениях, и все моменты передаются от одного члена к другому
2. Фиксация фермы (FFFFRR), также называемый “свободный” или “приколот”, позволяет соединенным элементам вращаться относительно друг друга, значит моменты не передаются, и обеспечение того, чтобы конечный момент стержня был равен нулю

Следует также отметить, что соединения рамы и фермы на самом деле являются идеализацией, так как они трудные, если не невозможно, достичь в реальных структурах.

Полуфиксированное крепление на конце стержня, также упоминается как “весна” или “гибкий” неподвижность, предлагает что-то среднее между этими двумя случаями – в узле допускается некоторая ротация между членами, но члены не могут полностью свободно вращаться относительно друг друга. Это дает некоторый момент в конце члена, но, с соответствующей жесткостью пружины, меньший момент, чем неподвижность рамы, и больший момент, чем жесткость фермы.

Таким образом, полуфиксированные члены предлагают модель, которая ближе к модели реальной структуры., а не идеализированные случаи рамных или ферменных соединений.

Как установить полуфиксированные фиксы в S3D

Полуфиксированные фиксации устанавливаются из левого меню в S3D., когда член выбран.

Выбор «Semi» с помощью кнопок в верхней части левой панели установит код фиксации на FFFFSS на обоих концах элемента., и открытые поля Node A вращательная жесткость Y (Ря), Узел A вращательная жесткость Z (Рза), Жесткость вращения узла B Y (РыБ), и жесткость вращения узла B Z (РзБ) для редактирования:

(Обратите внимание, что вы также можете выбрать опцию «Пользовательский»., а затем вручную настроить код фиксации, чтобы использовать S вместо F или R для достижения того же результата).

Затем вы можете установить жесткость пружины для каждого из 4 поля Ря, Рза, РыБ & РзБ.

Непосредственная установка жесткости пружины

Вы можете указать жесткость пружины, в единицах, указанных в поле ввода, вводя номер напрямую:

Вращательная пружина с жесткостью 10 000 кНм/рад затем будет использоваться в конце стержня.

Настройка жесткости пружины в процентах

Вы также можете указать жесткость пружины как долю жесткости стержня., добавив % знак в конце номера, например. 75%:

Затем рассчитывают абсолютную жесткость пружины, взяв процент, выражается в виде десятичного числа, как коэффициент «r» в следующем уравнении:

куда:

• E — модуль Юнга.
• I - момент инерции относительно соответствующей оси
• L - длина члена

Например. 75% выражается как 0.75, что дает k = 3EI/л * (0.75/(1-0.75)) = 3EI/л*3 = 9EI/л.

Сравнение полужестких элементов с неподвижными и ферменными элементами

Теперь, когда мы знаем, как установить полуфиксированный элемент, и введите жесткость пружины, Давайте посмотрим на S3D-модель, которая сравнивает поведение.

На изображении ниже показана модель S3D с несколькими экземплярами одного и того же элемента., каждый с разной жесткостью и жесткостью пружины:

(Модель доступна по этой ссылке. platform.skyciv.com/structural-viewer/semi-fixed-members)

Каждый элемент имеет прямоугольное поперечное сечение 100 Икс 300 мм, дающий момент инерции (я) 225,0Е6 мм^4. Члены 4.0 м в длину, и используйте материал General Structural Steel, который имеет модуль Юнга E = 200,0E3 ГПа (Н/мм2). Таким образом, значение 3EI/L для каждого из элементов равно 33750.0 кН-м/рад.

Все опоры на концах стержней полностью закреплены. (утопленный). В 8 каждый член имеет прогрессивно меньшую жесткость, начиная с фиксированного члена, затем переходим к очень высокому значению пружины, равно 297 НЕТ/л, затем снижается до пружинного значения EI/L /99. Последний элемент устанавливается как элемент фермы.. Жесткость элементов показана в таблице ниже.:

Решение модели, мы можем видеть разницу в диаграммах изгибающих моментов:

Для элемента рамы слева, мы видим ожидаемое сочетание заеданий возле опор и провисания в середине члена, с точкой нулевого момента по обе стороны от середины стержня. С правой стороны, мы видим, что элемент фермы испытывает только провисание, как и ожидалось.

Для полужестких элементов, по мере уменьшения их жесткости, у них меньшие области захвата, меньше (в абсолютном выражении) значения момента запирания, и большие значения момента провисания. Очень высокая жесткость пружины дает результаты, очень похожие на результаты жесткости рамы., и очень низкая жесткость пружины дает результаты, очень похожие на результаты жесткости фермы..

Прогибы членов изменяются одинаково:

Для полностью фиксированного члена (нет. 1) мы видим ожидаемое отклонение с точками перегиба по обе стороны от середины стержня. Для элемента фермы мы видим, что прогиб больше и точек перегиба нет..

Для полужестких элементов, по мере уменьшения жесткости их пружин, они видят больший прогиб, и отклоненная форма становится более похожей на форму корпуса фермы.. Результаты представлены в таблице ниже:

В итоге

• Полуфиксированные элементы приводят к поведению где-то между фиксированным или закрепленным соединением.
• Вы можете установить жесткость пружины для полужесткого элемента как абсолютное или относительное значение.
• Затем, используя относительную жесткость, расчетная абсолютная жесткость обратно пропорциональна коэффициенту r, коэффициент r представляет собой процентную фиксированность, выраженную в виде десятичной дроби.
• Более высокая жесткость пружины приближает поведение к элементу рамы., более низкая жесткость пружины делает поведение более близким к поведению элемента фермы

Впервые в SkyCiv? Зарегистрируйте бесплатную учетную запись на: http://www.skyciv.com/free-signup