[FEM][有限元] 为何梁、板壳单元有扭转自由度而实体单元只有平动自由度?

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当节点无限细化,本来就是没有扭转一说,一个无限小的点就只有平动,扭转、转角这些都是抽象为结构单元后才有的,是用一个点去表征实际上不是一个点受力行为及变形特征时候产生的。如我们平时说的弯曲、剪切等等这些变形特性,理论上都为结构行为,都是多个点按一定规律变形后的一个行为。一根梁或者板,本来是有体积的,当抽象为一个线和面时,厚度方向的尺寸就忽略了,为了描述这个厚度方向上的变形特性及行为,就引入了转角。

因此。当无限喜欢去看一根梁的时候,把这个梁再划分,再看里面也有点,这个点就没啥转动不转动而言了,里面的点只有3个平动自由度,但是这些所有的点的平动自由度组合起来就可以描述这根梁的弯曲变形。

实体单元本意是用来描述真实的体,因为节点只有平动自由度。

在动力分析中也有类似的概念,如扭转惯量。扭转惯量也是抽象后评估结构扭转惯性力矩用的,是多个节点质量按一定规律作用后形成的,当把结构划分足够细,那每一个点也不存在扭转惯量,只有3个方向的平动质量。


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