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4)节点连接属性

在Vertex BD的FEA有限元分析中,用户可以选择节点连接方式为刚性连接或者主从连接。连接属性会对节点间的旋转及位移传递产生影响,进而应力的传输也会有所不同。

刚性连接

刚性连接可以理解成被连接的节点之间存在无限大的刚度。被连接的节点将会按照它们各自的位置传递相应杆件末端的位移及旋转。

刚性连接会将应力在节点间进行刚性传递。这意味着被连接的节点之间的间隔将会影响剪切和轴向力的大小,进而产生额外的弯矩。额外的弯矩大小按照节点间的剪切力以及间距计算(FdF是连接节点间的反应力,d则是反应力作用位置离主节点之间的距离)。

主从连接

主从连接类型在节点间传输的位移和旋转的绝对值相等。可以想象成两个节点间存在一根与被连接杆件平行的虚拟杆件。由于虚拟杆件的首末节点位移相同,所以主从连接的节点不产生额外弯矩。

主从节点适用于模型被连接的节点之间的间距在现实结构中不存在的情况。

案例:连接类型对桁架连接的影响

下图可见刚性和主从连接对桁架上弦的弯矩的影响。两个例子中,连接属性均为绕Y轴铰链(桁架平面内铰链)。第一张图片中连接为刚性连接,第二张图中的为主从连接。从弯矩图中可见,当使用刚性连接时,在被连接的节点处的弯矩出现突变点。这是由于被连接的节点之间存在间距,腹杆传递的轴向力引起主节点出产生点弯矩。

当被连接节点之间不存在间距时,刚性连接和主从连接将给出相同的结果。

注意!

当被连接的节点之间存在比较大的间距时,应避免使用刚性连接。这是因为产生的额外弯矩的大小与间距成正比。间距较大时,过大的额外弯矩会使模型无效。

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