
【化】 nodal load
【計】 node; node point
【化】 nodal; nodal point; node
【醫】 Gaussian points; nodal points
【經】 node
load
【化】 load
在結構力學與有限元分析領域,"節點載荷"(Nodal Load)指作用于離散化結構模型連接點處的集中力或力矩。該術語由"節點"(離散化模型的連接點)與"載荷"(外部施加的力學作用)構成複合詞,其核心特征包含三個維度:
力學定義
節點載荷以矢量形式表達,包含大小、方向和作用點三個基本要素。在三維坐标系中可分解為$F_x$、$F_y$、F_z三個平動分量和$M_x$、$M_y$、$M_z$三個轉動分量,具體表達為: $$ mathbf{F} = begin{bmatrix} F_x F_y F_z M_x M_y M_z end{bmatrix} $$
工程應用
在橋梁工程領域,節點載荷常用于模拟橋墩與主梁連接處的支座反力(《橋梁設計手冊》第3版);在航空航天領域,用于計算機翼與機身連接點的氣動載荷分布(NASA技術報告TN D-7521)。
計算原理
基于胡克定律的剛度矩陣法要求節點載荷滿足$mathbf{K}mathbf{U} = mathbf{F}$平衡方程,其中$mathbf{K}$為剛度矩陣,$mathbf{U}$為節點位移向量。該方法在《有限元方法基礎》(T.R. Chandrupatla著)第5章有系統闡述。
标準化分類
ASTM E2762-19标準将節點載荷細分為靜載荷(如建築恒載)、動載荷(如地震作用)和熱載荷(如管道熱脹冷縮)三類,其中熱載荷計算需引入溫度應變項$epsilon_T = alphaDelta T$(α為材料熱膨脹系數)。
節點載荷是結構工程中的專業術語,其核心含義和特點如下:
節點載荷指作用于結構節點上的集中荷載,其單位為千牛頓(kN)。這裡的“節點”指杆件交彙點或支撐點,例如桁架的連接點、梁柱交接處等。這種荷載的特點是作用範圍集中于一點,與均布荷載(如牆面自重)形成對比。
對比項 | 節點載荷 | 節點力 | 節間荷載 |
---|---|---|---|
作用位置 | 杆件交彙節點 | 單元等效到節點的内力/外力 | 節點之間的杆件部分 |
力學效應 | 僅引起杆件軸力(理想桁架) | 包含應力等效的内力分量 | 導緻杆件産生彎矩和剪力 |
來源 | 外部直接施加或等效移植 | 單元應力分析結果 | 外部施加于杆件中部 |
合理計算節點載荷直接影響結構安全性。例如鋼結構節點若超載可能導緻連接失效,而混凝土節點超載易引發剪切破壞。工程中需通過有限元分析等手段精确計算節點載荷分布。
(注:以上綜合參考,完整技術規範請查閱結構力學教材或GB50009《建築結構荷載規範》)
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