Навчальна тема
Стрижневі та балкові елементи
Стрижневі й балкові FE: ступені вільності, осьова деформація, згин, truss, beam і frame. Коли достатньо 1D-моделі.
Стрижневі та балкові елементи замінюють просторову конструкцію її поздовжньою віссю. Це різко зменшує кількість ступенів вільності, якщо поперечні розміри значно менші за довжину і локальний тривимірний стан не є метою розрахунку.
Стрижень і балка
Стрижневий/фермовий елемент (bar/truss) передає переважно осьову силу. Для лінійно-пружного стрижня $$N = E A \frac{du}{dx}$$, де $E$ — модуль Юнга, $A$ — площа перерізу. Вузли мають поступальні DOF; згинова жорсткість у класичному фермовому (truss) елементі не враховується.
Балковий/рамний елемент (beam/frame) описує також згин, а просторові рамні елементи — зазвичай і кручення. Для балки кривизна пов'язана з моментом співвідношенням $$M = E I \kappa$$. Тому поряд із переміщеннями використовуються обертальні DOF.
Коли 1D достатньо
1D-модель ефективна для ферм, рам, балок, колон і довгих стержневих деталей, коли потрібні глобальні переміщення, внутрішні зусилля та загальна жорсткість. 2D/3D потрібні, якщо суттєві локальні напруження біля отворів, контактів, зварних швів, складної геометрії або коротких масивних зон.
Про цю тему
Стрижневі та балкові скінченні елементи застосовують для довгих конструктивних елементів. Розглянуто відмінності bar/truss і beam/frame, вузлові ступені вільності, осьову роботу та згин, а також межі застосування 1D-моделей.