Balkenquerschnitteigenschaften berechnen
Je nach Art des Balkenquerschnitts verwendet Creo Simulate zum Berechnen der Balkenquerschnitteigenschaften die folgenden Formeln:
• Volumenkörper-Querschnitte – Der Schubmittelpunkt wird bei Volumenkörper-Querschnitten nicht berechnet. Mechanica nimmt an, dass es sich am Schwerpunkt des Querschnitts befindet und mit der Neutralachse zusammenfällt. Sie können die Position des Schubmittelpunkts ändern. Die Torsionssteifigkeit, das zweite polare Flächenträgheitsmoment J, wird folgendermaßen angenähert:
J = 4 Iy Iz / (Iy + Iz)
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 Diese Gleichung ergibt nur bei kreisförmigen Querschnitten einen exakten Wert. Bei rechteckigen Querschnitten können Fehler von bis zu 20 % auftreten. Bei anderen Formen können noch größere Fehler auftreten. Gehen Sie bei Verwendung des berechneten Werts J sorgfältig vor. Genaue J-Werte für die Torsionssteifigkeit finden Sie in: R.J. Roark und W.C. Young, Formulas for Stress and Strain, 6. Ausgabe, Tabelle 20, S. 348-359. |
• Dünnwandige Querschnitte – Beim Berechnen dieser Querschnittsart geht Mechanica davon aus, dass die Dicke in Bezug auf die Gesamtgröße des Schnitts klein ist und sich gleichmäßig zu beiden Seiten des Querschnitts verteilt. Aus diesem Grund wird empfohlen, diesen Querschnittstyp nur zu verwenden, wenn das Verhältnis der Länge zur Dicke den Wert von 20:1 überschreitet. Die Gesamtaußenbemaßung der Skizze ist eine geeignete charakteristische Länge für diesen Zweck.
Die Berechnungsmethode für die Torsionssteifigkeit hängt von der Art des Querschnitts ab. Je nach Querschnittart wird die Torsionssteifigkeit nach den folgenden Methoden berechnet:
◦ Bei einem offenen Querschnitt:
J = 1/3 Ut3
Dabei ist U die Gesamtlänge des skizzierten Schnitts und t die Dicke.
◦ Bei einem Querschnitt, der eine einzelne, geschlossene Zelle enthält:
J = 4 Am2 t / U
Dabei ist Am die Fläche, die der zur Definition des Querschnitts verwendete Kurvenzug einschließt, t die Dicke und U die Gesamtlänge.
Bei komplexeren Querschnitten wendet die Software ein numerisches Verfahren an. Beispiele finden Sie in: R.J. Roark und W.C. Young, Formulas for Stress and Strain, 6. Ausgabe.
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Wenn bei den Balken Torsionslasten oder Verformungen wahrscheinlich sind, sollten Sie die vordefinierten Standardquerschnitte verwenden.
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