桁架節點試驗模型設計時桿件長度如何取值？也就是節點影響範圍怎麼定？

01-06

節點模型設計

謝謝邀請。

首先，請你不要介意我對你關於問題的追問，因為我覺得詳細的描述問題，對於別人提供幫助非常重要。

土木是一個基於試驗的一門學科，所以試驗是科研中少不了的過程。

但根據試驗性質的不同，做法是不一樣的。

例如，科研性質試驗，生產性質試驗，教學性質試驗，都有不同的側重點。而探索型試驗與驗證性試驗也有不同的考慮。

所以我才回請你詳細描述實驗目的。

進入正題，如何設計一個模型試驗。

根據問題的描述，你是做一個縮尺模型，節段試驗。

因為是一個節段試驗，所以遇到了節段長度取值的問題。

節段長度的選取，要考慮以下因素

1、力學因素

要想能夠採用節段模型來模擬整體結構中的受力，必須解決的關鍵力學問題是邊界條件的模擬。

這裡的邊界條件有2種，力的邊界條件和位移邊界條件。

如果這兩個邊界條件能夠模擬得和整體結構的實際情況一致，那就無所謂了，從力學要求上看，你愛取多長就取多長。

很不幸的是，力的邊界條件通常是比較容易模擬準確的，而位移邊界條件通常模擬不準，所以你才需要考慮如何選取節段長度，儘可能的減小位移邊界條件不準確對模擬結果的影響。

根據聖維南原理，這個桿件越長，邊界條件的影響越小。但是桿件不可能取得無限長，怎麼辦呢？那就試算。

在試驗設計初始，你肯定建立了整體模型的有限元模型，並且節點位置受力的理論結果。那麼，你可以試著建立節點位置的局部有限元模型，邊界條件按照試驗中能夠提供的力與位移邊界條件模擬。比較計算結果，目的是選擇恰當的長度後，局部模型與整體模型的受力特性比較一致。

2、試驗條件

這個因素，千萬不要忽視，根據我的經驗，這才是控制局部模型尺寸的關鍵。

試驗條件包括，試驗室的空間，載入設備的載入能力，項目預算等等。

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~以下為吐槽，可以不看~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

我從讀博士到現在工作，我做了不少模型試驗，可我恰恰是典型的反對派，對，我反對做所謂的模型試驗。

首先，試驗的基本原則是要可重複。

而模型試驗，尤其是所謂的大尺寸（足尺寸）模型試驗，各個都是工程浩大，模型製作成本就是幾十萬，由於資金限制，模型通常只做一個。更普遍的是，在一個模型上，要做好幾個試驗。

初學者都知道，要衡量一批混凝土的強度，要做幾個混凝土試塊，然後取平均值。

結構試驗，尤其是大比例尺試驗，影響試驗結果的因素太多了，只做一次試驗，誰能保證這個試驗結果是真實的力學反應還是因為某些因素干擾引起的結果。

其次，從剛才設計過程中來看，我們拋開可重複性，就假定做一次試驗，就能夠把結果做好。

由於試驗條件的限制，又沒法做實際橋樑結構的試驗，要縮尺，要取一個節段出來做。

剛才說了，這樣做的前提是要能夠準確模擬邊界條件，而實際上位移邊界條件是很難模擬準確的。

於是乎，就有了所謂的應力等效原則。

用數值方法，計算實際橋樑結構該部位應力；

用數值方法，通過修改邊界條件，使得模型的應力數值計算結果與實際橋樑的應力吻合。

然後根據修改後的邊界條件，來做試驗，將試驗結果與實際橋樑結構數值模擬結果對比。

從上面三個步驟，是不是有點看出蹊蹺來，這好像就是先打一槍，然後再去畫個靶子，然後宣布，我的槍法很准。

由於修改了邊界條件，這時候完全是硬湊，把理論應力在模型上湊出來，然後又和理論應力對比。

這不就是一遍又一遍的驗證材料力學原理，驗證平截面假定，驗證彈性力學。驗證歐拉，牛頓，幾百年前提出的東西。

這樣子就能夠說結構安全了？