桁架

桁架是一种特殊的横梁单元,它只能承受轴向变形。其结构具备如下特点:



这类结构中的接榫被设计为不产生任何力矩。每个构件中产生的唯一有效的力是轴心力。轴心力沿每个构件的长度方向保持不变,并会在整个横断面上产生均匀的轴应力。这样的构件被模拟为桁架单元。桁架通常用在诸如桥梁、屋顶、电塔和其它建筑和结构应用场合中。

桁架单元由两个节定义:每个节的自由度为 3,也就是 3 个正交方向上的位移。如下所示的桁架单元钉在左侧的节处,右侧的节处应用了轴心力 P。轴方向沿横粱或桁架的长度,而不是沿横断面的两个方向之一。

轴应力 (Sx) =  P/A,右侧节的轴向位移 (Ux) =PL/AE

其中:

P = 沿桁架单元的长度的轴心力

A = 桁架的横断面面积

L = 桁架的长度

E = 弹性模量。

上述方程式可以写作 Ux=P/(AE/L)= P/K,其中 K=AE/L 说明桁架单元模拟了一个刚度为 k=AE/L 的轴向弹簧。

材料属性

弹性模量总是必需的。只有当考虑了重力载荷时,才需要密度。

约束

您只能对桁架接榫应用平动约束。每个节(接榫)有 3 个平移自由度。固定不可移动(无平移)约束都不考虑任何旋转,因此对于桁架接榫而言基本相同。您可以应用规定的零或非零平移。如果桁架和横梁在某个接榫处相交,则可以应用旋转,但它们只会应用于横梁。

载荷

您可以在接榫和参考点处应用集中力,也可以应用引力。本程序会基于指定的加速度和密度计算引力。请注意,程序只考虑每个单元中创建的轴心力;桁架会忽略对它应用的所有法向力。

网格化

网格器使用默认单元数来网格化横梁和桁架。您可以通过应用网格控制来更改选定横梁或桁架的网格参数(单元数或网格单元大小)。

横梁和桁架构件都会显示为实心圆柱体(无论它们的实际横断面形状如何)或显示在实际横梁几何体中。要设置此默认网格选项,请单击 Simulation > 选项。在默认选项选项卡中,单击网格,然后选择或取消选择渲染横梁轮廓

被视为桁架的直线型结构构件用一个桁架单元来表示。轴变形的变化方式是线性的,轴应力在整个横断面和桁架上恒定不变。

结果

您可以查看轴应力和力、位移和变形形状图解。桁架构件的力和应力在整个横断面和桁架长度上恒定不变。位移在端点之间会以线性方式变化。除轴向以外的其它方向上的力、应变和应力设定为零。在应力图解中,每个桁架单元以一种颜色显示。桁架构件中的力等于轴应力与其横断面积的乘积。

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