案例10 — 带单向受拉侧向拉杆的悬臂梁
长1.0 m的竖向悬臂梁固定在上端。底部附近,两根长1.0 m的水平单向受拉单元将梁底节点与两侧固定锚点相连。在梁半高处施加1 kN水平集中荷载(固支点以下0.5 m)。本案例验证单向受拉单元结合梁弯曲的正确实现。
描述
长1.0 m的竖向悬臂梁固定在上端。底部附近,两根长1.0 m的水平单向受拉单元将梁底节点与两侧固定锚点相连。在梁半高处(固支点以下0.5 m)施加1 kN水平集中荷载。
求:
- 每根单向受拉单元的轴力
- 梁底节点的水平位移
结构图示
验证模型的几何形状、边界条件和荷载施加情况。
模型参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 单位 | m, kN |
| 单元类型 | Beam, tension-only |
| 材料 | E = 210 000 MPa |
| 截面属性 | Beam: I = 520 833 mm⁴; Tension-only: A = 78.5 mm² |
| 边界条件 | A, B, C – fixed |
| Load case | Nodal load 1 kN |
解析解
The system is statically indeterminate. The force in the tie is found from the compatibility condition of deformations:
$$\delta_{D,P} - T \cdot \delta_{11} = T \cdot \frac{L_h}{EA_h}$$
$$T = \frac{\delta_{D,P}}{\delta_{11} + \dfrac{L_h}{EA_h}}$$
where $\delta_{D,P} = \dfrac{5PL^3}{48EI}$ — deflection of point D due to the external load P, calculated on the released cantilever (without the tie);
$\delta_{11} = \dfrac{L^3}{3EI}$ — deflection of point D due to a unit force applied at D;
$L_h,\, A_h$ — length and cross-sectional area of the tie; $E$ — modulus of elasticity; $L$ — height of the cantilever segment BD.
We assume that there is no force in the opposite tie.
$$T = 0.3062\,\text{kN}$$ $$\Delta x(D) = 0.0186\,\text{mm}$$
数值结果
位移
轴力
RodX表格结果
对比
| Parameter | 解析解 | RodX |
|---|---|---|
| T, N | 306.2 | 306.4 |
| Δx(D), mm | 0.0186 | 0.0186 |
RodX获得的数值结果与解析解吻合。