問題描述:
在 SAP2000 中可以對面對象指定面彈簧(如模擬彈性地基),請問程序內(nèi)部在具體計算過程中是如何考慮面彈簧的呢?或者說,指定面彈簧的基本原理是怎樣的呢?它與點彈簧有什么聯(lián)系?
解答:
首先,對面對象指定面彈簧,實際上是對該面對象所包含的全部節(jié)點施加點彈簧。這里的“全部”包括:
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對面對象進(jìn)行幾何分割所產(chǎn)生的幾何節(jié)點,通常為面的角節(jié)點。
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對面對象進(jìn)行網(wǎng)格剖分所產(chǎn)生的有限元節(jié)點,通常為邊內(nèi)部節(jié)點和面內(nèi)部節(jié)點。
默認(rèn)情況下,點彈簧是無法在對象模型中查看的。不過,用戶可以在視圖選項中勾選顯示分析模型,這樣就可以清楚地顯示每個節(jié)點處的點彈簧。如下圖所示:
基于此,面對象的網(wǎng)格剖分越細(xì)密,則點彈簧的分布越均勻。這樣,分析結(jié)果(內(nèi)力、應(yīng)力等)也會更精確,但相應(yīng)的計算量和計算時間會有所增加。
這里需要注意的是,面彈簧的剛度為單位面積上的點彈簧剛度,量綱為 F/L/L^2 。因此,對于面彈簧剛度為 K,面積為 A 的面單元,每個節(jié)點的點彈簧剛度 k = K x A / N,N 為面單元的節(jié)點數(shù)量(3 或 4)。因此,由若干個面單元所共享的節(jié)點,其點彈簧剛度為各個面單元貢獻(xiàn)的剛度之和。
例如,對于下圖所示的面單元,各個單元的面積和面彈簧剛度均相等。假設(shè)角節(jié)點(即 #1 - #4)的點彈簧剛度為 1(歸一化處理),則邊內(nèi)部節(jié)點(如 #5,#11)的點彈簧剛度為 2,因為它們被兩個單元所共享。同理,面內(nèi)部節(jié)點(如 #6,#8)的點彈簧剛度為 4,因為它們被四個單元共享。當(dāng)然,如果各個單元的面積不相同,則節(jié)點的點彈簧剛度不一定與連接的單元數(shù)量呈正比,但仍是各個面單元貢獻(xiàn)的剛度之和!