Gdy nasz projekt zawiera konstrukcję ramową, wówczas w analizie MES, SOLIDWORKS Simulation definiuje powyższe elementy jako belki. W artykule tym postaram się przedstawić czym są te elementy obliczeniowe i co je charakteryzuje.
Belki to jednowymiarowe elementy liniowe. Uwzględniają one właściwości przekroju poprzecznego elementu w jego formule, zamiast jawnego przechwytywania szczegółów, jak w przypadku siatki bryłowej. Umożliwia to szybkie i wydajne obliczanie naprężeń osiowych, ścinających i zginających w elemencie, podczas gdy odpowiednia siatka bryłowa może być niewspółmiernie duża (wymaga co najmniej 2 wysokiej jakości elementów na całej grubości przekroju poprzecznego).
Kluczowe cechy formuły elementu belki to: oś obojętna i środek ścinania. SOLIDWORKS Simulation uwzględnia je w statycznych analizach konstrukcyjnych.
Oś obojętna jest linią zerowego naprężenia włókien w dowolnym odcinku elementu poddanego zginaniu. To linia utworzona przez przecięcie powierzchni neutralnej i przekroju.
Środek ścinania to punkt na płaszczyźnie przekroju, na który musi działać obciążenie poprzeczne, przyłożone do tego odcinka, w sytuacji, gdy ma powstać tylko zginanie, bez skręcania przekroju.
W przypadku przekrojów pionowo symetrycznych geometrii („I”, „T”, prostokątnych), gdy obciążenie jest pionowe, środek ścinania pokrywa się z osią obojętną i leży w płaszczyźnie symetrii. Wynika stąd, że obciążenia zginające na belkach o tych geometriach powodują ugięcie bez skrętu.
W przekrojach otwartych wygląda to inaczej, a położenie środka ścinania (zginania) zależy od przekroju. Np., w przypadku przekroju „C” oś obojętna znajduje się wewnątrz kanału, ale środek ścinania jest na zewnątrz. Dlatego jeśli belka „C” obciążana jest pionowo (przez oś obojętną), będzie się wyginać i skręcać, ale jeśli będzie obciążana przez środek ścinania, będzie się tylko wyginać.
W SOLIDWORKS Simulation, oś obojętna i położenie środka ścinania są obliczane automatycznie przez program. Jeśli chcemy zobaczyć powyższe elementy, wówczas o drzewie menadżera właściwości symulacji edytujemy Grupa połączeń i dolnej części okienka zaznaczamy dwa pola wyboru.
Oś obojętna i środek ścinania pojawią się na ekranie.
Porównajmy teraz dwa przypadki:
- obciążenie zostanie przyłożone na osi neutralnej,
- obciążenie zostanie przyłożone na środku ścinania.
W pierwszym przypadku siła została przyłożona do węzła końcowego, który pokrywa się z położeniem osi obojętnej.
Wykres wyników pokazuje, że model ma tendencję do skręcania.
W drugim przypadku siła została zdefiniowana, jako obciążenie zdalne, aby przyłożyć ją do punktu leżącego na środku ścinania.
W tym przypadku wyniki pokazują, że model podlega tylko czystemu zginaniu.
