Przesunięcie płaszczyzny obojętnej

Gdy cienkie, sprężyste ciało o dowolnym przekroju poprzecznym, na przykład prostokątnym, poddane jest zginaniu, w jego przekroju istnieje płaszczyzna, która nie ulega ani rozciąganiu, ani skracaniu. Płaszczyzna ta nazywana jest płaszczyzną obojętną.

W przypadku cienkościennych struktur, charakteryzujących się niewielką grubością, zmiany zachowania w kierunku grubości są małe. Z tego względu w analizach MES siatki generowane są zazwyczaj tylko na płaszczyźnie obojętnej, a obliczeniom podlega głównie przemieszczenie tej płaszczyzny.

Problem niedopasowania płaszczyzn obojętnych

Trudności pojawiają się w sytuacji, gdy cienkie płyty o różnych grubościach są ze sobą łączone. Wówczas płaszczyzny obojętne poszczególnych elementów:

• nie znajdują się na tej samej wysokości,
• nie leżą w jednej płaszczyźnie,
• uniemożliwiają bezpośrednie połączenie siatek 2D generowanych na każdej z warstw.

W praktyce oznacza to, że siatki utworzone na rzeczywistych płaszczyznach obojętnych nie mogą zostać ze sobą poprawnie połączone.

Idea przesunięcia płaszczyzny obojętnej

Przesunięcie płaszczyzny obojętnej jest techniką umożliwiającą obejście tego problemu. Polega ona na:

• sztucznym przesunięciu rzeczywistej płaszczyzny obojętnej w kierunku grubości,
• umieszczeniu jej w jednej wspólnej płaszczyźnie dla wszystkich połączonych elementów,
• skorygowaniu wpływu tego przesunięcia na przemieszczenia przez program MES.

W efekcie obliczenia wykonywane są dla przemieszczeń punktów znajdujących się w przesuniętej pozycji, a nie bezpośrednio na rzeczywistej płaszczyźnie obojętnej. Program MES automatycznie uwzględnia poprawki wynikające z tej operacji.