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2.1 有限元分析概述

技术特征

梁和框架的FEA功能支持对截面结构的线性静态分析。被分析的截面构件可以是在Vertex中既有的,或者是按标准截面形状使用不同尺寸创建的。FEA分析可以求解其受力的挠度及应力分布。

有限元类型

分析中的有限元类型是根据欧拉-伯努利理论建立的,其中每个节点包含六个自由度。次分析支持具有标准横截面的直梁单元。这些梁单元可以受压,弯和扭转应力。

此梁模型考虑剪切应力引起的剪切形变。前切面用来考虑剪切应变。

材料模型

FEA使用线性弹性材料模型。

横截面

梁和框架FEA中的横截面的本地坐标系统可以在横截面图中找到。横截面的本地坐标系统

  • 远点位于横截面的中性轴上
  • X轴与梁的方向平行
  • Y轴是横截面的第一主方向
  • Z轴是横截面的第二主方向
  • 第一主方向可承受更大的弯矩,即Iz>Iy永远成立


Note!

FEA中使用的本地坐标系与横截面的模型坐标系是不同的。FEA中的本地坐标系与横截面的柱坐标系一致。

  • 在以下图中
    • 蓝色的代表模型坐标系
    • 红色的代表本地坐标系


FEA中梁和桁架构件的横截面数值是在3d模型中自动定义的。以下横截面数值对所有构件均已定义

  • 横截面面积
  • 第一主方向的惯性矩
  • 第二主方向的惯性矩
  • 第一主方向的截面模量
  • 第二主方向的截面模量

另外,如果横截面的形状可以被辨识,以下数值则被定义

  • 扭转模量
  • 扭转的截面模量
  • 第一主方向的剪切面积
  • 第二主方向的剪切面积


剪心的位置定义在截面的质心上。

剪切面定义为考虑剪切力影响后的横截面。剪切面积有时以以下公式中的剪切系数表示

其中

  • κ = 剪切系数
  • As = 剪切面积
  • A = 横截面面积


可辨识的梁及桁架结构横截面为:

  • I-截面
  • L-截面
  • U-截面
  • C-截面
  • Z-截面
  • T-截面
  • 椭圆
  • 圆管
  • 四方形
  • 中空四方形

如果横截面形状不属于可辨识的,那么剪切面积,扭转模量和扭转值的截面模量为0。

如果剪切面积为0,那么分析中则不考虑剪切应变。

所有横截面数值均可由用户自行定义。

节点的支撑和连接

梁和桁架元素可以用定义自由度的方式创建支撑或者连接到主节点上。

一个节点的自由度可以有三个状态:

  • 自由的
  • 支撑的
  • 连接的

荷载

以下荷载类型可以施加在梁和桁架机构上:

  • 点荷载
  • 点扭矩
  • 线荷载
  • 强制位移
  • 温度荷载

分析结果

在梁和桁架的分析中可以求解以下应力类型:

  • 正向力
  • 沿横截面主方向的剪切力
  • 沿横截面主方向的弯矩
  • 扭转扭矩
  • 沿梁轴心的正应力
  • Von Mises 等效应力
  • 支撑反应力
  • 位移

用户界面

FEA的用户界面包括3d模型的图形,研究对象树和菜单命令带。所有命令都是指向激活的研究对象。被动研究对象在研究对象树中显示为灰色。


 打开FEA工具步骤如下:

  1. 点击Esc检查确认没有选择任何对象。
  2. 从快捷菜单中选择 FEA > 
     对梁及框架FEA或者
    FEA > 
     对固体及组装件FEA

用以下操作回到正常的模型模式:

  • 选择 
     确定。保存当前研究所有的更改。
  • 选择 
     退出。放弃当前研究所有的更改。

在FEA界面下,只能按照既定模型进行分析,若需要修改模型,需要先退出FEA工具。

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