Element belkowy – podstawowe informacje

Element belkowy to matematyczny model konstrukcji o przekroju prostokątnym i stosunkowo dużej długości. Pod to pojęcie można podłączyć zarówno pręt, jak i belkę. Gdy obciążenie zewnętrzne działa w kierunku osiowym, konstrukcja nazywana jest prętem, natomiast gdy obciążenie działa w innych kierunkach – belką.

Istnieje kilka rodzajów modeli matematycznych służących do symulacji zachowania elementów belkowych oraz związane z nimi teorie i metody elementów skończonych.

Klasyfikacja elementów belkowych

Elementy belkowe dzieli się na:

• jednowymiarowe
• dwuwymiarowe
• trójwymiarowe

w zależności od ich wymiarowości.

Kształt elementu jest zazwyczaj prostą linią, jednak liczba i rodzaj stopni swobody zależą od typu elementu.

Cechy elementu belkowego trójwymiarowego

Element belkowy trójwymiarowy posiada translacyjne stopnie swobody w trzech prostopadłych kierunkach, natomiast dwuwymiarowy – w kierunku osiowym oraz kierunku obciążenia. W przypadku elementu jednowymiarowego klasyfikacja zależy od tego, czy uwzględnia się przemieszczenie poprzeczne w kierunku działania obciążenia.

Teorie elementów belkowych

Pominięcie odkształcenia ścinającego prowadzi do najprostszego modelu – elementu belkowego Eulera, w którym uwzględnia się jedynie ugięcie belki w węźle.

Jeżeli natomiast uwzględnia się odkształcenia poprzeczne, model opisuje element belkowy Timoshenko, który pozwala na opis zarówno ugięcia, jak i obrotu w każdym węźle. Ten model jest bardziej dokładny szczególnie dla krótkich belek lub narażonych na duże siły ścinające.

Element belkowy różni się wyraźnie od elementu prętowego, w którym nachylenie elementu między węzłami nie jest ciągłe, a węzły nie posiadają stopni swobody obrotowych.