4.14 Klouby na koncích prutu

Koncové klouby prutů omezují vnitřní síly, které se přenášejí z prutu na okolní části konstrukce. Tyto klouby se přiřazují pouze na konce (koncové uzly) prutů čili nelze je přiřadit na jiná místa jako např. na střed prutu.

Některé typy prutů jsou již vnitřně opatřeny klouby. Příhradový prut například nepřenáší žádné momenty, lanový prut nepřenáší ani momenty ani posouvající síly. Při zadání prutů to znamená, že prutům tohoto typu již nelze přiřazovat klouby.

Koncové klouby prutu lze vztáhnout k následujícím osovým systémům:

• Lokální osový systém prutu x,y,z
• Globální souřadný systém X,Y,Z (volba pro nůžkové klouby)
• Uživatelem zadaný osový systém X',Y',Z'

Lokální osy prutu lze zobrazit z navigátoru Zobrazit (viz obr. 4.169) nebo z místní nabídky prutu, kterou vidíme na levém okraji.

Detailní informace k uspořádání lokálních os prutu x,y,z vzhledem ke globálnímu souřadnému systému XYZ najdeme v kapitole 4.17.

Zpravidla jsou klouby vztaženy k lokálnímu osovému systému x,y,z. Nůžkové klouby (viz obr. 4.144) je ovšem třeba vztáhnout ke globálnímu souřadnému systému nebo k osovému systému zadanému uživatelem.

Kloub pro normálovou nebo posouvající sílu zadáme v dialogu nebo v tabulce zaškrtnutím příslušného posunu. Označení políčka přitom znamená, že daná normálová, resp. posouvající síla na konci prutu se nebude přenášet, protože tu bude umístěn kloub. V dialogu pro zadání či úpravu kloubu se v poli vpravo vedle zaškrtnutého políčka uvede nula pro konstantu tuhosti.

Konstantu tuhosti lze kdykoli upravit např. pro modelování pružného přípoje. V tabulce se konstanta tuhosti uvede přímo do příslušného sloupce. Hodnoty tuhosti je třeba chápat jako návrhové hodnoty.

Klouby pro krouticí nebo ohybové momenty se zadávají podobně. I v tomto případě zaškrtnutí políčka znamená, že natočení je možné a příslušná vnitřní síla se nebude přenášet.

Pružné přípoje lze modelovat tak, že zadáme odpovídající konstanty tuhosti. Lze je vyplnit přímo do příslušných polí. Neměly by se přitom používat extrémní hodnoty tuhosti, aby později při výpočtu nenastaly problémy. Místo extrémně velkých či malých konstant tuhosti se doporučuje zadat tuhá spojení (políčko se nezaškrtne) nebo klouby (políčko se zaškrtne).

Možnost definovat nelineární vlastnosti u kloubů popisujeme na konci této kapitoly.

Koncové klouby lze přiřadit prutům také přímo v grafickém okně pomocí nabídky

• Vložit → Údaje o modelu → Klouby na koncích prutu → Přiřadit prutům graficky...

nebo

• Úpravy → Údaje o modelu → Klouby na koncích prutu → Přiřadit prutům graficky...

Nejdříve vybereme ze seznamu určitý typ kloubu nebo vytvoříme typ nový. Po kliknutí na tlačítko [OK] se zobrazí pruty rozdělené graficky na třetiny.

Nyní můžeme myší kliknout na tu stranu prutu, na níž má být umístěn kloub. Pokud klikneme na prut v jeho střední části, přiřadí se kloub oběma koncovým uzlům prutu.

Nůžkovými klouby lze modelovat místa křížení nosníků. Do jednoho uzlu jsou například připojeny čtyři pruty, z nichž dva přenáší momenty ve svém „průběžném směru“, nepřenáší však žádné momenty na druhý pár prutů. V uzlu se přenáší pouze normálové a posouvající síly.

Kloub tak přiřadíme buď prutům 1 a 2 nebo prutům 3 a 4. Druhý křížící se pár prutů budeme modelovat bez kloubu jako ohybově tuhé spojení.

Kloubům na koncích prutů lze přiřadit nelineární vlastnosti. Lze tak podrobně nastavit přenos vnitřních sil. Seznam nelinearit nabízí různé možnosti.

V tabulce se typy kloubů s nelineárními vlastnostmi vyznačí modře.

Tyto dvě volby umožňují nastavit účinnost kloubu u jednotlivých vnitřních sil v závislosti na směru. V případě normálové síly například kloub s nelinearitou Pevný, je-li kladná znamená, že na konci prutu se budou přenášet tahové (kladné) síly, ovšem nikoli tlakové (záporné) síly. V případě záporných normálových sil je kloub účinný.

Vnitřní síly se vztahují k lokálnímu osovému systému prutu xyz.

Ostatní položky ze seznamu nelinearit umožňují detailně modelovat vlastnosti kloubu. Slouží k tomu tlačítko [Upravit nelinearitu kloubu...] v dialogu, resp. v tabulce (viz obr. 4.142).

Účinnost kloubu lze definovat zvlášť pro kladnou a zápornou oblast. Kromě plné účinnosti nebo celkové neúčinnosti lze nastavit neúčinnost kloubu až od určitého posunu nebo natočení. Kloub pak působí jako pevný či tuhý spoj. Dále lze definovat kolaps (po překročení určité hodnoty se již žádná vnitřní síla nepřenáší) nebo tečení (vnitřní síly se i při větších deformacích přenáší pouze do okamžiku dosažení určité hodnoty) v kombinaci s prokluzem.

Příslušné mezní hodnoty lze stanovit ve vstupních polích v dolní části jednotlivých sekcí. Vlastnosti, které u kloubu definujeme, se dynamicky zobrazí v diagramu účinnosti v pravé části dialogu.

Účinnost kloubu lze definovat zvlášť v kladné a v záporné oblasti. Nejdříve určíme počet kroků (tzn. bodů zadání) v pracovním diagramu. Následně můžeme v seznamu vpravo uvést úsečky posunů, resp. pootočení s příslušnými vnitřními silami.

Pro zadání průběhu po posledním kroku máme několik možností: přetržení v případě plné účinnosti kloubu (již se nebude přenášet žádná vnitřní síla), tečení pro omezení přenosu na maximální přípustnou hodnotu vnitřní síly, průběžně pro stejný průběh jako v posledním kroku anebo zastavení při stanovení maximálního přípustného posunu nebo natočení, po kterém bude kloub působit jako pevný, resp. tuhý spoj.

Vlastnosti, které u kloubu definujeme, se dynamicky zobrazí v diagramu v pravé části dialogu.

U těchto čtyř možností se síly přenášené kloubem vztahují k tlakovým silám působícím v jiném směru. V závislosti na výběru závisí tření pouze na jedné normálové síle nebo na celkové síle dvou současně působících sil. Například třecí sílu pro směr x tak lze spočítat pouze ze složky y nebo pouze ze složky z, ale také z obou společně nebo dokonce ze sečtení obou sil.

Pomocí tlačítka se otevře dialog, v němž je možné definovat konstantu tuhosti C a součinitel tření μ.

Plastické vlastnosti kloubu lze zadat v samostatném dialogu.

Tento typ nelinearity umožňuje mechanickou simulaci vloženého trubkového spoje s vnitřním trubkovým spojením mezi dvěma pruty. Náhradní model - v závislosti na tlakovém namáhání na konci prutu - přenáší ohybový moment přes tlačenou vnější trubku a po kladném zablokování dodatečně přes vnitřní trubku. Pomocí tlačítka se otevře dialog, v němž je možné odděleně zadat parametry pro vnitřní trubku a vnější trubku.

Jedná se o rovinnou konstrukci. Kloub je třeba zadat následovně:

Tento typ kloubu pak můžeme přiřadit prutům.