SkyCiv文档

您的SkyCiv软件指南 - 教程, 使用指南和技术文章

技术说明

  1. 技术说明
  2. 结构3D
  3. 正交各向异性板: 理论与实例

正交各向异性板: 理论与实例

正交异性材料

在解释各向异性板块之前, 让我们看一些正交各向异性材料的例子. 黄玉和重晶石晶体等材料是正交各向异性的 (钱德鲁帕特拉, 2012). 另一种非常常见的正交各向异性材料是木材. 数字 1 显示了为木材定义机械性能的主轴.

正交各向异性板

数字 1. 木材作为正交各向异性材料 (钱德鲁帕特拉 & 贝莱贡杜 ,2012, 页 233)

轴 1 沿纹理或纤维定义; 轴 2 是切线和轴 3 径向运行. 此示例的广义胡克定律 (对于任何其他正交各向异性材料) 可以写成

正交各向异性板

方程 1. 广义胡克定律 (钱德鲁帕特拉 & 贝莱贡杜,2012, 页 233)

在哪里:

  • Ë1, Ë2, Ë3 是正常菌株.
  • C12, C13, C23 是剪切应变.
  • Ë1, Ë2, 和E3 是沿主轴的杨氏模量.
  • G12, G13, G23 是剪切模量.
  • n21, n31, n12, n32, n23 是泊松比.
  • 对于组合索引, 第一个数字表示施加应力的位置,第二个表示发生变形的位置.

因此, 正交各向异性材料的主要区别在于我们沿主轴具有不同的机械性能, 那是, “X”, “和”, “与”.

正交各向异性板

有一些常见的用例 盘子 在结构工程, 我们可以总结如下: 各向同性平面, 复合材料或夹层并加强 (W.江等人, 1997).

各向同性平板是规则板 (图二), 只需为泊松比定义一个值, 年轻的, 和剪切模量,因为任何方向的机械性能都不会改变.

正交各向异性板

图二. 平板通常是各向同性的 (W.江等人, 1997, 页 106)

对于最后两个选项, 夹层板和加强板 (图 3), 我们必须在它们的主轴上定义不同的机械性能. 这些不同的值使板块正交各向异性.

正交各向异性板

数字 3. 合成的 (剩下) 和帽子加强板 (对) (W.江等人, 1997, 页 106)

在正交各向异性板中, 我们将有两个具有相同刚度的轴, 图 3. 轴“x”和“y”位于平面上, 和“z”垂直于它.

我们可以这么说 (W.江等人, 1997):

  • ËX = Ë Ë ; X, Ë )> Ë .
  • nxz = nyz ≠ nxy ; (nxz, nyz) >nxy
  • Gxy = Gxz = Gyz

前面指出的表达式意味着“x”和“y”方向的刚度高于“z”. 泊松比还表明,与“z”方向相关的平面中的变形比“x”和“y”轴形成的平面中的变形更大.

例子

描述和设置

总结前几节学到的概念, 我们将在 SkyCiv 中开发一个示例. 它包括对夹心墙/平板的分析,该夹心墙/平板由两个喷射混凝土层构成,由聚苯乙烯芯隔开. 我们选择了下一个用于建模的机械性能参考: 托雷斯·维拉维森西奥等. (2013).

正交各向异性板示例

数字 4. 夹心墙/平板

当我们选择高级选项时,捕捉板中分析的差异 (正交各向异性), 我们对上述面板夹层进行了简短比较,并使用各向同性方法对其机械性能进行了近似. 最新案例使用的机械性能值沿其主轴不发生变化.

本示例的目的是比较垂直位移方面的结果. 模型设置如图 5.

正交各向异性板示例数字 5. 模型设置. 正交各向异性 (剩下), 各向同性 (对)

机械性能

基于不同的实验室测试报告, 面板的正交各向异性属性是 (托雷斯·维拉维森西奥等, 2013):

财产
Ë1 (兆帕) 5613
Ë2 (兆帕) 5613
Ë3 (兆帕) 2807
G12 (兆帕) 2245
G23 (兆帕) 1123
G13 (兆帕) 1123
n12 0.2
n23 0.25
n13 0.25

表 1. 夹芯板正交各向异性力学性能

 

正交各向异性板

图 6. 面板元素中的主轴 (托雷斯·维拉维森西奥等, 2013).

各向同性情况的近似值如下表所示.

财产
Ë (兆帕) 5613
G (兆帕) 2245
n 0.20

2号表. 夹芯板各向同性力学性能近似

在 SkyCiv 中建模

我们现在以非常简洁的方式描述建模示例所需的步骤. (有关板建模的更多详细信息, 查阅此链接 SkyCiv 板建模). 没试过 SkyCiv, 跟随使用 Structural 3D, 只是 在这里免费注册.

  1. 节点数: 创建两种情况, 我们首先定义水平和垂直板对应的节点.
    正交各向异性板示例
  2. 用料: 正如我们之前所说, 正交各向异性材料沿其主轴具有不同的特性. 下一张图片表示我们必须为模型定义的输入.
    正交各向异性板示例
    正交各向异性板示例
  3. 板块: 通过模型节点,我们创建矩形板. 两个用于垂直墙建模,一个用于楼板或楼板.
    正交各向异性板示例
  4. 网格板: SkyCiv 有许多网格板选项,可以在 网格化你的盘子 . 对于我们的模型,让我们使用结构化四边形网格的选项.
    正交各向异性板, 啮合板
    正交各向异性板, 啮合板
    正交各向异性板, 啮合板
  5. 定义自重荷载工况: 我们只会考虑这种自重载荷来捕捉板的一般结构行为.
    正交各向异性板, 啮合板
  6. 运行分析: 为了运行模型,我们将选择线性静态分析案例.
    正交各向异性板, 啮合板
  7. 结果: 最后, 在这一点上,我们研究了两个板块的结构响应, 各向同性和正交各向异性的情况. 有关读取板分析结果的更多详细信息, 你可以看看这篇文章 板分析结果.
    正交各向异性板, 啮合板

正交各向异性板, 啮合板

研究两种情况的反应, 我们比较垂直位移和弯矩结果. 与各向同性情况相比,正交各向异性板显示出更小的挠度和更大的弯矩. 我们可以说,使用正交各向异性方法会给我们一个更硬的单元,这将影响弹性线性分析中的全局和局部结果.

14 天免费专业试用

充分利用 SkyCiv结构3D 通过升级到我们的 14-一天免费专业试用.

参考资料:

  • 钱德鲁帕特拉, 蒂鲁帕蒂 & 贝莱贡杜, 阿肖克 (2012). “工程有限元导论” 4版, 培生教育.
  • w ^. 江等 (1997). “加筋和不加筋正交各向异性板的有限元建模”, 电脑 & 结构 Vol.63, 1号, pp. 105-117, 爱思唯尔科学有限公司.
  • 托雷斯·维拉维森西奥等 (2013). “专着: EMMEDUE 带 E.P.S 芯的钢筋混凝土板支座系统的设计辅助工具 (发泡聚苯乙烯系统)”. 国立工程大学.
  • 所有软件图像取自 SkyCiv结构3D分析软件
本文对您有帮助吗??
是的 没有

我们能帮你什么吗?

回到顶部