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矩形斜板的非均布切向力
创建者:张志国,编辑者:张志国,最近更新:2015/01/13 14:02:52

问题描述:

        如下图所示,如何对矩形斜板施加由摩擦引起的非均布的切向力(面荷载)呢?

 

        当然,这里的 "非均布" 特指沿斜板纵向的线性分布,如下图所示:

解答:

        对于沿斜板纵向线性分布的法向力,只需通过“节点样式 + 表面压力”的方式即可进行指定(类似于施加静水压力荷载)。然而,切向力却无法直接通过该方式进行指定,因为切向力无法应用节点样式指定非均匀分布。所以,对于沿斜板纵向线性分布的切向力,只能借助节点样式以某种等效的方式进行间接施加

        在这里,建议用户可以将切向力转换为等效的侧面压力荷载进行施加。假设沿斜板纵向任意位置处的切向力大小为 Pt,规则的矩形面对象沿斜板纵向的边长为 B,斜板厚度为 t,如下图所示。

        综上,考虑到切向力沿斜板纵向的线性分布,则施加在面对象某个侧面上的表面压力荷载 P = Pt x B / t。具体操作可分为两步:

  1. 根据 Pt 沿斜板纵向的线性分布为斜板上的所有节点指定相应的节点样式。
  2. 选择斜板上的所有面对象后指定表面压力荷载:
    • 加载面为侧面,即 1234 中的某个,而非 Top Bottom
    • 通过节点样式进行加载,选择步骤 1 的节点样式名称。
    • 节点样式的乘数(Multiplier)为 B/t

事实上,该方法具有一定的近似性,且实际操作时更需小心谨慎。具体如下:

  • 所有面对象沿斜板纵向的边长 B 必须保持相同,这是不言而喻的!但即便如此,施加在斜板顶部或底部的面对象上的侧面压力值仍存在误差。如果在所有面对象的上侧面指定侧面压力值,则存在的误差如下:
    • 顶部面对象的上侧面的压力值应 0.5 x Pt x B / t。毕竟,该面对象只有 1/2(上半部分)的切向力对该侧向压力有贡献。
    • 底部面对象的下半部分的侧向力将会丢失。因为该面对象的下侧面并不施加侧向压力。
  • 面对象各个侧面的编号(1234)只与组成面对象的节点编号顺序有关,与面对象的局部坐标轴并无关系,故无法对所有面对象的侧面编号进行快速统一。
    • 各个侧面的编号由程序自动生成,用户很难加以控制。当然,可以通过“交互式数据库编辑”修改组成单元的节点顺序,但工作量过大,可操作性不强。
    • 用户可能无法通过只指定一个侧面编号即完成侧向压力的施加。如果个别面对象的侧面编号与其他大部分面对象不同,则只能逐个查询合适的侧面编号并依次加载。如果异常的面对象数目众多,显然工作量过大,实际的可操作性不强!
  • 如果将该方法应用于非矩形板(如梯形、三角形等),将会引入进一步的误差。


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