板单元局部坐标方向设置问题


【问题概述】

板单元的局部坐标是如何确定的,若板单元的局部坐标不同,将会导致什么问题呢?

【解决方法】

       我们首先要了解板单元局部坐标是如何确定的。

       板单元的局部坐标方向与围成板单元的节点编号的顺序相关,通过查询相关的帮助文件我们可以了解到,围成板单元的节点应按照顺时针逆时针方向排列,并且相似的板单元应按照相同的顺序进行排列。

    

而板单元的局部坐标系,首先由第一个点“I”到“J”的向量定义为局部坐标X方向。则,在垂直于局部坐标X方向的面内方向则为局部坐标Y方向;

则对于三角形板单元,局部坐标Z方向等于Z=IJ × JK

对于四边形板单元,局部坐标Z方向等于 Z=IJ × JL

       接下来,我们来考虑当板单元局部坐标方向不一致时候,会对板计算结果产生什么影响?

       下面是本问题所考察的模型,一个跨度为8×8m的0.2m厚度的混凝土板,四个角点采用固结支座,左右两个模型完全一致。

       此时我们考察板单元的局部坐标X方向的弯矩MX。左侧模型,以板单元36为例,围成该板单元的节点顺序为41→42→50→51,则局部坐标X方向为41→42;局部坐标Y方向为42→51,则局部坐标系Z方向朝下,其所处位置如图所示。右侧模型,以板单元100位例,围成该板单元的节点顺序为120→121→130→129,则局部坐标X方向为120→121;局部坐标Y方向为121→130,则局部坐标系Z方向朝下,其所处位置如图所示。

      从下图的板局部坐标X方向弯矩可以看出来,左右两个模型的板局部坐标X方向弯矩一致。

       下面我们将右侧模型中,围成板单元100的节点顺序改变为120→129→130→121,则局部坐标X方向为120→129;局部坐标Y方向为129→130,则局部坐标系Z方向朝上,如下图右侧所示。此时左右两个模型,对应位置处,左侧板单元36的局部坐标系仍然按照原来顺时针排序,而右侧板单元100的局部坐标系改成逆时针排序。

        

      保持荷载等其他条件不变,计算该模型,再次查看其局部坐标系下板的MX弯矩,可以看到,左右两侧模型的弯矩图显示不一致,右侧模型,由于其他板节点顺序均为顺时针排序,且起始点终止点位置类似。而仅有板单元100的节点顺序为逆时针排序,因此再次显示局部坐标Mx时候,可以看到其结果异常。

     因此,应使模型中围成板单元的节点应按照顺时针逆时针方向排列,并且相似的板单元应按照相同的顺序进行排列。

        为了避免这种问题,用户可以在创建最大范围板之前,利用节点重新编号功能(在Geometry——Renumber Nodes——以一定顺序进行编号),然后创建最大范围板后,利用板工具(选中大板,然后右键,选择Generate Plate Mesh),将大板划分成多个小板。这样生成的相似板单元,其节点编号均是以顺时针或逆时针方向排列,且节点起始终止点顺序一致。