Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 5 - Балки и фермы
Цель
В этой главе рассматривается::
Идеализации
Балочные элементы
Система координат балки
Действующая система координат балки
Система координат формы сечения балки
Главная Центроидальная Система координат
В главе 4 рассматривается, как идеализировать Вашу модель и ускорить анализ, используя 2D тип модели вместо 3D. Балочные элементы могут помочь Вам в дальнейшем уменьшить время на выполнение анализа.
Балочные элементы одномерные по природе, но представляют трехмерные идеализации. FEA модель может полностью формироваться из балочных элементов. Балочные элементы могут также быть смешаны с оболочками и твердотельными объектами, чтобы представлять FEA модель. Простая балка показана на рисунке 5–1.
Рисунок 5-1
Идеализированная версия балки, показанной на рисунке 5–1, показана на рисунке 5–2.
Рисунок 5-2
Имитационные конструктивные элементы, созданные в Pro/MECHANICA, не будут отображаться, когда Вы возвращаетесь в Pro/ENGINEER. Имитационные конструктивные элементы более подробно рассмотрены в главе 7.
В Pro/MECHANICA балочный элемент представлен прямой линией с поперечным сечением, назначенным для него. Прямая линия, которую Вы используете, может быть создана как базовая кривая в Pro/ENGINEER или как имитационный конструктивный элемент в Pro/MECHANICA. На рисунке 5-2 используется сечение двутавровой, а прямая линия - эскизная базовая кривая.
Для различных целей могут использоваться различные формы сечений балки. На рисунке 5–2 балочный элемент представлен прямой линией с поперечным сечением, назначенным для него. На рисунке 5-3 используется сечение с полой окружностью, а прямая линия - эскизная базовая кривая.
Рисунок 5-3
Идеализированная версия балки, показанной на рисунке 5-3, показана на рисунке 5-4.
Рисунок 5-4
5.1 Балочные элементы
Pro/MECHANICA автоматически установит балочные элементы на базовой кривой или имитационном конструктивном элементе, которые Вы определяете. Как бы то ни было, Вы должны определить атрибуты балочного элемента прежде, чем запустите анализ.
Определение балки
Вы можете определить атрибуты (например, материал, поперечное сечение балки и т.п.) балки в диалоговом окне Beam Definition, как показано на рисунке 5-5.
Рисунок 5-5
Опции диалогового окна Beam Definition описаны в таблице 5-1.
Таблица 5-1
|
Опция |
Описание |
|
Name |
Вы можете ввести в это поле название балки.
|
|
References |
Эта опция позволяет Вам определять геометрические ссылки. Доступны следующие типы геометрических ссылок: • Точка-Точка • Точка-Поверхность • Точка-Кромка • Цепочка (Конструктивных элементов / Массив точек) • Кромка/Кривая • Точка-Спаренная точка Ссылки определяют основную кривую.
|
|
Material |
Эта опция позволяет определить материал для балки.
|
|
Type |
Эта опция позволяет определить тип балки. Имеется два типа балок: • Балки • Связки
|
|
Y Direction |
Эта опция позволяет определить направление оси Y. Направление оси Y может быть определено следующими способами: • Точка • Ось • Вектор в WCS Если Вы используете вектор, чтобы определять ось y, Вы должны определить X-, Y- и Z- координаты. Вращение балки вокруг своей локальной оси X, относительно Мировой Системы Координат (WCS), определено определением направления, которое указывает ось Y Действующей системы координат балки (BACS).
|
|
Section |
Эта опция позволяет определить тип сечения балки, которое будет использоваться. Сечения балок будут рассматриваться в этой главе позже.
|
|
Orientation |
Эта опция позволяет определить ориентацию для балки. Балка ориентируется относительно WCS.
|
|
Release |
Эта опция позволяет Вам определить разрешённую степень свободы для действующей системы координат балки. Действующая система координат балки рассматривается в этой главе позже.
|
Beam Sections
Pro/MECHANICA имеет одиннадцать стандартных типов балок, которые Вы можете использовать для анализа. Балки показаны на рисунке 5–6.
|
|
|
|
|
|
Квадрат
|
Прямоугольник
|
Полый прямоугольник
|
Швеллер
|
|
|
|
|
|
|
Двутавр
|
Уголок
|
Ромб
|
Круг
|
|
|
|
|
|
|
Полый круг
|
Эллипс
|
Полый Эллипс
|
|
Рисунок 5-6
Вы можете также создать собственное сечение балки в Pro/MECHANICA. Но Вы не можете сохранить определённое пользователем сечение в Pro/MECHANICA. Чтобы сохранить определенное пользователем сечение для последующего использования, сохраните сечение в Pro/ENGINEER как .sec файл.
5.2 Системы координат балки
Каждый балочный элемент начинается с мировой системы координат (WCS). Это система координат по умолчанию в Pro/MECHANICA. Поскольку Ваша твердотельная модель - трёхмерная, Вы должны создать до трех дополнительных систем координат, чтобы прикладывать нагрузки к соответствующим частям модели. Новые системы координат сориентированы относительно WCS. Это особенно характерно для искривленных балок и балок, чьё поперечное сечение асимметрично относительно их центроида по крайней мере в направлении. Подобные примеры, швеллер и уголок, показаны на рисунке 5-7.
Рисунок 5-7
При создании балочного анализа Вы используете три системы координат:
• Действующая система координат балки (BACS)
• Система координат формы сечения балки (BSCS)
• Главная Центроидальная Система координат (BCPCS)
5.3 Действующая система координат балки (BACS)
Силы и моменты, приложенные к балкам, передаются на балки через действующую систему координат балки (BACS). Основная кривая или точки определяют ось X балочной BACS, как показано на рисунке 5-8.
Рисунок 5-8
Y- и Z- оси BACS перпендикулярны к балке. Ориентация балки относительно WCS определена направлением Y-оси BACS вокруг X-оси BACS.
Помните, что кривые и точки на балке могут быть созданы как базовые кривые в Pro/ENGINEER или как имитационные конструктивные элементы в Pro/MECHANICA.
Балки ассоциированы или с геометрией кривых, или соединением двух или более точек, определённым в WCS. Для прямых балок основная кривая или точки определят X-ось для BACS, как показано на рисунке 5-8. Y- и Z-оси перпендикулярны к балке. Вращение балки вокруг своей локальной оси X, относительно WCS, определено определением направления, которое указывает Y-ось BACS.
Несколько балок, с теми же свойствами, могут создаваться одновременно.
Направление может быть определено несколькими способами: направление оси, кромки, точка или задающие направление вектора компоненты в WCS. Некоторые простые примеры, показывающие правила определения Y-оси BACS с использованием компонентов векторного направления, показаны на рисунке 5-9.
Рисунок 5-9
Все свойства для каждого балочного элемента устанавливаются в диалоговом окне Beam Definition.
5.4 Система координат формы сечения балки (BSCS)
Для большинства стандартных форм начало BSCS совпадает с центроидой сечения.
Форма поперечного сечения и положение балки определено относительно BSCS. Форма определена на YZ плоскости BSCS. X-ось BSCS всегда параллельна X-оси BACS, как показано на рисунке 5-10.
Рисунок 5-10
Начало BSCS (центр сдвига) определено смещением DY и DZ и измерено от начала BACS. В Pro/MECHANICA ориентация BSCS определена тетой угла. Если тета равна нулю, BSCS параллельна BACS. Если смещения DY и DZ равны нулю, то BSCS совпадает с BACS. Примеры форм стандартных сечений балок в Pro/MECHANICA, определённых на осях BSCS, показаны на рисунке 5-11.
Рисунок 5-11
5.5 Главная Центроидальная Система координат (BCPCS)
Начало Главной Центроидальной Системы координат расположено в центроиде сечения. Оси Y- и Z- этой системы координат - главные оси, которые проходят через центроиду сечения. Для большинства сечений BSCS совпадает с BCPCS. Тем не менее, для искривленных балок и швеллеров центроида должна быть вычислена. Pro/MECHANICA выполняет эти вычисления для Вас.