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面弹簧的基本原理
创建者:张志国,编辑者:张志国,最近更新:2015/11/18 21:38:41

问题描述

        在 SAP2000 中可以对面对象指定面弹簧(如模拟弹性地基),请问程序内部在具体计算过程中是如何考虑面弹簧的呢?或者说,指定面弹簧的基本原理是怎样的呢?它与点弹簧有什么联系?

解答:

        首先,对面对象指定面弹簧,实际上是对该面对象所包含的全部节点施加点弹簧。这里的“全部”包括:

    1. 对面对象进行几何分割所产生的几何节点,通常为面的角节点。
    2. 对面对象进行网格剖分所产生的有限元节点,通常为边内部节点和面内部节点。

        默认情况下,点弹簧是无法在对象模型中查看的。不过,用户可以在视图选项中勾选显示分析模型,这样就可以清楚地显示每个节点处的点弹簧如下图所示:

            

        基于此,面对象的网格剖分越细密,则点弹簧的分布越均匀。这样,分析结果(内力、应力等)也会更精确,但相应的计算量和计算时间会有所增加。

        这里需要注意的是,面弹簧的刚度为单位面积上的点弹簧刚度,量纲为 F/L/L^2 。因此,对于面弹簧刚度为 K,面积为 A 的面单元,每个节点的点弹簧刚度 k = K x A / NN 为面单元的节点数量(3 4)。因此,由若干个面单元所共享的节点,其点弹簧刚度为各个面单元贡献的刚度之和。

        例如,对于下图所示的面单元,各个单元的面积和面弹簧刚度均相等。假设角节点(即 #1 - #4)的点弹簧刚度为 1(归一化处理),则边内部节点(如 #5#11)的点弹簧刚度为 2,因为它们被两个单元所共享。同理,面内部节点(如 #6#8)的点弹簧刚度为 4,因为它们被四个单元共享。当然,如果各个单元的面积不相同,则节点的点弹簧刚度不一定与连接的单元数量呈正比,但仍是各个面单元贡献的刚度之和

                        

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