Что на самом деле означает «высвобождение конца пучка» и как оно моделируется в математических терминах?

3

Я читаю документ о выпуске конца луча Вот :

Окончательный выпуск позволит одному или обоим концам элемента балки   вращаться вокруг или перемещаться вдоль одной или нескольких локальных осей   луч.

И статья продолжается со следующей диаграммой:

enter image description here

(а) Фиксированный фиксированный луч с точкой шарнира в 1 и 2.

enter image description here

(б) теоретическое вращение или наклон балок. Обратите внимание, как результат прерывист в точках петли.

Понимание, которое я получаю из вышесказанного, заключается в том, что если мы выпустим на конце балки, то он станет шарнирным (и, следовательно, вращение на конце не будет непрерывным) - и все. Это правда?

Если это правда, то я не понимаю момент выпущен срок в программном обеспечении RISA: enter image description here

Я даже не уверен, связаны ли окончание выпуска балки и момент окончания выпуска, и если да, то как.

Каким образом математически моделируются окончание выпуска пучка и момент окончания выпуска?

Graviton
источник
Я не совсем понимаю, что это за диалог окончательного выпуска RISA, который вы не понимаете. Я отправил ответ на остальную часть вашего вопроса; если это не отвечает на ваш вопрос в диалоговом окне RISA, пожалуйста, отредактируйте дополнительную информацию.
AndyT

Ответы:

3

Математически освобождение достигается путем придания нулевой жесткости.

Разблокировка в ротации аналогична отпусканию в момент: единственный способ обеспечить непрерывность вращения от одного элемента к другому - это передать момент между ними. Следовательно, момент конечного высвобождения представляет собой нулевую жесткость относительно вращения вокруг соответствующей оси.

Технически, вы можете освободить конец балки с любой степенью свободы (отсюда и последний вариант от RISA). На практике подавляющее большинство используемых конечных выпусков являются моментальными, поэтому ваш первый источник объединил их.

AndyT
источник
Энди, я думаю, ты еще не объяснил, что значит "выпускать конец луча"? Каким образом математически выражается «выпуск в момент» или «выпуск конца балки»?
Graviton
@Graviton - Обновлено, чтобы включить.
AndyT
Энди, вы говорите, что если конец луча отпущен, то жесткость равна 0, жесткость луча обычно равна матрице 6x6 = 36 чисел, так что же следует установить на 0?
Graviton
1
@Graviton "все члены жесткости в соответствующей строке в матрице жесткости должны быть установлены в 0". Это выглядит неправильно. Вы не можете сделать матрицу жесткости несимметричной, просто изменив термины в строка , Правильный способ сделать это, оставить ввести новая переменная за каждый "выпущенный" DOF. Но поскольку вас обычно не интересует значение этой переменной, на практике вы устранить выпущенную переменную от жесткости элемента (который изменяется все коэффициенты жесткости в элементе) до Вы собираете матрицу жесткости для полной структуры.
alephzero
1
@alephzero - спасибо за вклад - я свободно признаю, что я не в своей тарелке с матрицами жесткости, поэтому мой реальный ответ был нацелен на точку зрения пользователя, а не на программиста. Может быть, стоит написать полный ответ, охватывающий матрицу математики / жесткости, если у вас есть время?
AndyT
2

Окончание выпуска луча и окончание момента - это одно и то же: это можно представить как преобразование фиксированного конца луча в поворотный (см. Позже), ослабление ограничения на вращение и применение нового ограничения на изгибающий момент. Идея применения ограничений к концам луча полезна для понимания математического смысла в замене фиксированного конца луча на поворотный и обсуждается ниже.

Любой непрерывный элемент балки при малых отклонениях регулируется следующим дифференциальным уравнением:

$$ \ frac {d ^ 2} {dx ^ 2} \ left (E (x) I (x) \ frac {d ^ 2 u} {dx ^ 2} \ right) + q (x) = 0 $$

Где $ E (x) $ - модуль Юнга пучка, $ I (x) $ - второй момент площади вокруг оси изгиба для поперечного сечения луча, $ u (x) $ - смещение вверх луч, а $ q (x) $ - нисходящая сила на единицу длины, действующая на балку. $ x $ - это координата такая, что для луча длины $ L $, $ x = 0 $ на одном конце и $ x = L $ на другом конце.

Это уравнение является дифференциальным уравнением четвертого порядка и поэтому требует четырех граничных уравнений. Это делается путем применения двух ограничений на каждом конце. Существует три разных типа конца луча, каждый из которых имеет свои ограничения:

enter image description here

FIXED END

Здесь конец балки жестко закреплен, например, на стена. Этот конец позволяет передавать как поперечные силы, так и изгибающие моменты от балки к стене. Конец балки здесь не может ни вращаться, ни вертикально перемещаться. Это похоже на конец луча, показанный на первой диаграмме вашего вопроса перед тем, как отпустить любой конец.

Если конец в $ x = 0 $ был фиксированным концом, применяются следующие два ограничения:

Нет вертикального смещения $ u (0) = 0 $

Нет вращения $ \ theta (0) = \ frac {du (0)} {dx} = 0 $

PIVOTED END

Это ваш выпущенный моментом конец: луч все еще может не смещаться по вертикали на конце, но он может вращаться. Однако, поскольку он может вращаться, луч больше не может передавать изгибающие моменты на опору, поэтому изгибающий момент нуля должен быть установлен в конце. Отсюда момент выпуска.

Если конец в $ x = 0 $ был повернут, применяются следующие ограничения:

Нет вертикального смещения $ u (0) = 0 $

Нет изгибающего момента $ M (0) = 0 $

Где $ M (x) = - E (x) I (x) \ frac {d ^ 2 u} {dx ^ 2} $

БЕСПЛАТНО КОНЕЦ

Этот тип конца луча ни с чем не связан: он может свободно перемещаться и вращаться на концах. Однако никакие изгибающие моменты или сдвиговые усилия не могут передаваться с конца, так как ничего не прикреплено.

Если конец в $ x = 0 $ свободен, применяются следующие ограничения:

Нет изгибающего момента $ M (0) = 0 $

Нет сдвигающего усилия $ S (0) = 0 $

Где $ S (x) = - \ frac {d} {dx} \ left (E (x) I (x) \ frac {d ^ 2 u} {dx ^ 2} \ right) $

Обратите внимание, что кантилевер - это балка с одним фиксированным концом и одним свободным концом, а балка с простым опором имеет оба конца, повернутые.

После установки двух ограничений на каждом конце можно получить общее решение дифференциального уравнения, позволяющее определить вертикальное смещение, вращение, кривизну, изгибающие моменты и силы сдвига.

SprocketsAreNotGears
источник
В то время как хороший учебник по структурному анализу, я не вижу, как это на самом деле отвечает на вопрос.
Wasabi
1
Редактирование улучшило ответ, но все еще кажется, что обсуждаются только опоры, какие конечные выпуски могут быть внутренними шарнирами, не связанными ни с одной опорой (где $ u \ neq 0 $).
Wasabi
Упомянутый выше «поворотный конец» не объясняет, почему вращение имеет разрыв (и, следовательно, шарнир) Штифт и шарнир ведут себя по-разному конструктивно.
Graviton
-2

Луч может двигаться по 3 осям x, y, z и изгибаться по 3 осям и вращаться вдоль оси x (кручение). Во всех и в каждом из этих случаев поддержка может действовать различными способами, разрешать свободное движение, не разрешать движение, разрешать движение с сопротивлением, придавать заранее сконфигурированные жесткие ограничения, как в случае стержней до / после натяжения или без них. гибкое заранее спроектированное смещение для загрузки элемента в желаемом положении.

Освобождение одного конца означает снятие одного или нескольких или всех этих ограничений. Я работал с Рисой, это хорошее программное обеспечение FEM, но 25 лет назад у меня не было хорошей версии. Например, пружинное ограничение или предварительно установленное жесткое смещение.

kamran
источник
1
освободить один или несколько или все эти ограничения - это вообще ничего не объясняет. Что вы имеете в виду, выпуская ограничения? Каковы граничные условия / математическая формула для этого?
Graviton
@Graviton вам, возможно, придется вернуться к изучению статики некоторых начинающих, чтобы быть готовым хотя бы понять основы совместных ограничений. Предполагается, что спрашивающий обладает минимальными знаниями, чтобы быть знакомым с основными идеями. Вот лишь несколько примеров совместного выпуска: общий выпуск, удаление поддержки. Момент освобождения, шарнир соединен. Сдвиг освобождается, соединение находится на роликах в направлении, где допускается момент, как ящик на роликах, которые не могут опрокинуться. Отпускание при кручении означает, что элемент может катиться в соединении, но ограничен в противном случае. Как базовое соединение автомобильной антенны.
kamran
3
@kamran - отличные ответы на арене StackExchange могут привлечь менее опытных, а также подтвердить вещи тем, кто лучше разбирается в предмете. Похоже, что ОП прорабатывает те статики, которые вы упомянули, и ваш ответ мог бы позволить более подробно рассказать о них.
GlenH7
Кроме того, возможно, вы должны разъяснить мне, являются ли окончание выпуска луча / момент окончания выпуска одинаковыми или не одинаковыми.
Graviton
Компании-разработчики используют термины в соответствии с требованиями приложения, а не стандарты практики. По изображению, которое у вас есть, кажется, что они используют «момент выпуска» в качестве штифта. Допустим, при транспортировке луч был немного перекручен. Таким образом, поддержка будет иметь момент и сдвиг в направлениях y-y и z-z. Я думаю, что к моменту окончательного выпуска они говорят, что Моменты установлены в ноль, не переносятся в сустав, но сдвиг. На практике окончание выпуска - это удаление опоры на стыке. В некоторых методах вы отпускаете конец как консоль, а затем прикладываете силы, чтобы вернуть его в геометрию суставного ограничения.
kamran