
在工程力學和結構分析領域,"節點位移"(nodal displacement)指結構系統中特定連接點(節點)在受到外力或載荷作用後,其空間位置相對于原始位置發生的變化量。該術語是有限元分析(FEA)中的核心概念,用于量化結構變形狀态。
節點(Node)
指離散化結構模型中構件交彙或邊界約束的關鍵點,是結構分析的基本單元。例如桁架結構的鉸接點、框架結構的梁柱交點均屬于節點範疇(參考《工程力學基礎教程》)。
位移(Displacement)
表征節點位置變化的矢量物理量,包含大小和方向。在三維坐标系中通常分解為沿X/Y/Z軸的線位移(uₓ, uᵧ, u)及繞各軸的角位移(θₓ, θᵧ, θ),其數學表達為:
$$ vec{d} = u_xmathbf{i} + u_ymathbf{j} + u_zmathbf{k} + theta_xmathbf{i} + theta_ymathbf{j} + theta_zmathbf{k} $$
橋梁工程中通過監測關鍵節點位移數據(如主梁跨中位移),判斷是否超出設計允許阈值(《公路橋梁設計規範》JTG D60)。
汽車底盤節點位移雲圖可識别高應力區域,指導加強筋布置(SAE International技術報告)。
建築結構節點層間位移角是評估抗震性能的核心指标(參考《建築抗震設計規範》GB 50011)。
中文術語 | 英文術語 | 應用領域 |
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節點位移 | Nodal displacement | 結構力學/有限元分析 |
節點坐标 | Nodal coordinates | 計算幾何 |
位移場 | Displacement field | 連續介質力學 |
注:為符合學術規範,文獻引用采用标準格式,未添加超鍊接以避免失效風險。具體文獻可通過學術數據庫(如Engineering Village, CNKI)檢索獲取。
節點位移是工程力學和有限元分析中的核心概念,其定義和應用場景在不同領域有所差異,具體可從以下幾個方面綜合理解:
節點位移指結構或模型中特定節點的位置變化量。在工程結構(如建築、橋梁)中,通常指牆柱頂點的位移;在有限元分析中,則指某個微元内節點的位移量,包含平移和旋轉分量。例如,梁受載荷彎曲時,節點位移可分解為中性軸的撓度和截面轉角。
節點位移是矢量,包含大小和方向。其數學表達通常為列陣形式,如梁的位移分量可表示為 $Delta = begin{bmatrix} wtheta end{bmatrix}$($w$為撓度,$theta$為轉角)。在物理學中,位移的通用公式為 $x = x_2 - x_1$,即末位置與初位置的矢量差。
節點位移關注單個節點,而層間位移指相鄰樓層位移差值(如建築抗震分析中)。例如,某層位移為10mm,下層為8mm,則層間位移為2mm。
節點位移是連接理論計算與實際工程的關鍵參數,需結合具體分析類型(如靜力、動力、非線性)理解其物理意義。實際應用中需注意區分絕對位移與相對位移、實際值與特征向量等差異。
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