非线性电缆分析与线性分析有何不同?

在处理斜拉桥时，结构软件中使用的索元素非常有用, 吊桥, 电缆网和拉线杆/塔. 然而, 电缆由于其高度非线性特性而非常难以建模和分析. 电缆通常类似于非常柔韧的细钢丝或绳索, 经常发生大变形. 由于这些原因, 线性静态分析不合适，可能导致极其不准确的结果.

悬链线元件

一个好的结构分析软件将包括使用专用电缆元件对结构进行建模的能力. 一些软件不直接支持索元素，但建议使用一系列仅受拉的桁架元素对索进行建模. 然而, 为了使桁架元素在这种情况下更加精确, 用户需要输入初始节点位置来估计电缆的变形形状. 可以想象, 在下垂和预紧的情况下，这通常成为一项艰巨的任务. 此外, 如果工程师尝试使用抗弯刚度较弱的梁构件对索单元进行建模 (一世_与 和我_和), 那么当施加横向载荷时，挠度会很大，而轴向力不会增加. 这显然不是电缆的行为方式. 真正的悬索单元将考虑由于横向载荷和 "转变" 这个动作变成轴向拉力. 从而, 单个悬索单元可以比梁单元或多个桁架单元更准确和方便地模拟电缆的行为.

显示因 UDL 引起的偏斜的单个悬链线元件.

电缆的独特属性

电缆的特殊之处在于它们 仅具有支持张力的轴向刚度. 这意味着它们没有弯曲, 抗剪或抗扭能力. 另外, 随着电缆负载的增加, 他们往往会变得更加僵硬，并且能够支持更大的金额.

非线性分析如何使电缆受益?

如上所述, 电缆在几何上是非线性的，因为它们具有高弹性和柔韧性, 因此，当涉及电缆时，大挠度很常见. 在线性静态分析中, 平衡方程基于未变形的几何形状 前 施加载荷. 然而, 如果变形很大 (例如当电缆存在时), 有必要考虑变形状态下的平衡. 想象一下，当施加载荷时, 它们随着结构变形和旋转而改变方向. 您可以在下图中看到一个示例. 如果光束发生小偏转, 那么载荷的路径将在梁偏转时保持不变. 然而, 如果光束明显偏转和旋转, 载荷变为对角线而不是垂直. 电缆在变形时表现出相似的行为，因此需要进行几何非线性分析.

挠度大时载荷方向发生变化, 使线性静态分析不合适.

建模电缆的困难通常源于收敛问题. 非线性分析是迭代的, 所以解决方案可能会分歧.

SkyCiv结构3D: 悬链线

好消息是 SkyCiv 现在可以使用大位移理论通过非线性分析来分析悬链线. 在 v2.1 的 SkyCiv结构3D, 用户现在可以使用真正的悬链线元件对电缆进行建模. 我们的客户还可以通过指定初始值来控制电缆的预紧和下垂 (或无拘无束) 电缆长度.   我希望这篇文章让您了解接触网电缆分析及其独特的特点. 如果您对建模或分析有任何疑问, 请随时联系我们的支持团队!

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