3.1.10: 编辑元素 (Modify Element)

“ModifyElement（编辑元素）”是一个可用于壳体、梁和桁架等元素的多元运算器。用户可以通过运算器底部的下拉列表来选择元素类型。

默认情况下，Karamba3D假定梁的断面是直径为114毫米、壁厚为4毫米的钢管。利用带有“ElementType（元素类型）”的“ModifyElement（编辑元素）”运算器设置“Beam（梁）”，则可根据用户的选择来设置梁的属性。图3.1.10.1显示了如何完成此操作。“Modify Element（编辑元素）”运算器的使用方法有两种：

1. 将其放置在“Assemble（模型构建）”运算器前面，并使元素对象通过该运算器（如图3.1.10.1中对梁的编辑）。默认情况下，索引输入“ModifyElement（编辑元素）”运算器的元素皆保持不变。若干个“ModifyBeam（编辑梁）”运算器可以连续作用于同一梁构件。

2. 创建一个独立的元素代理，使其可以被输入到“Assemble（模型构建 ）”运算器的“Elem（元素）”输入端中。输入端口的“ShellId（壳体标识符）”或是“BeamId（梁标识符）”允许用户选择所要编辑的元素。使用正则表达式指定元素组。

图3.1.10：编辑默认元素属性

梁的编辑

可更改这些元素的属性：

梁的激活状态

当“Active（激活）”输入端设置为false时，与其相对应的梁将被从进一步的运算中排除，直到“Active（激活）”被重置为true。关于设置梁激活状态的另一种方法，请参见第3.1.5节。

弯曲刚度

梁对法向力和弯矩的抵抗。将“ModifyElement（编辑元素）”运算器中的“Bending（弯曲）”输入端设置为“False”会禁用弯曲刚度，并将相应的梁变成桁架。用户采取该步骤的原因如下：

• 梁与梁之间的连接可以精准地传递挠曲力和法向力，但这种连接通常比梁之间仅承受法向力的连接要更为昂贵。连接处的设计在很大程度上取决于所用材料的类型：与钢材相比，木材更难实现刚性弯曲连接。然而，刚性连接可以增加结构的强度并减小其挠曲性。因此，一般而言，在结构设计中使用桁架比使用梁更为保险。

• 对于较为细长的梁，即长度较长且直径较小的梁而言，与轴向刚度相比，弯曲刚度对其影响可忽略不计。试想一下，一根金属丝容易被折弯，但却很难因为被拉伸而断裂。

• 如忽略弯曲刚度，仅与桁架连接的每个节点的计算时间均可减少一半以上。

• Karamba3D基于初始未变形的几何体进行挠度计算。某些结构，诸如绳索类具有形态活性。即这意味着当两点间由绳索进行连接时，其变形的几何形体及绳索中的轴向力将相互平衡。在Karamba3D一阶理论（Th.I.）计算中并未考虑上述影响。在这种情况下，只有绳索的弯曲刚度（相当小）才能防止其无限变形。规避这种情况的方法之一是在进行一阶分析时，使用桁架代替梁元素；第二种可能则是将绳索的重量减小到零（详见下文）；第三种可能性是从轻微变形的绳索几何形体开始，以微小步骤逐渐施加外部荷载，其中，每个步骤的初始几何形状均来自于前一步骤形变的几何形状（请参阅第3.5.4节）。

桁架仅承受轴向力。因此，它们不会阻止与其连接的节点旋转。在只有桁架连接节点的情况下，Karamba3D会自动删除其旋转自由度。否则，在计算过程中会导致节点的自由旋转，而这在静态计算中会成为一个问题。当一个启用弯曲的梁连接到节点时，该节点就会具有旋转自由度。当“Analysis（分析）”运算器变为红色并报告运动系统时，请注意这一点。仅传递轴向力意味着桁架将节点的可移动性控制在一个方向上。未连接到支撑件的节点则具有三个平移自由度。因此，必须有三个不在同一平面中的桁架构件才能将节点固定在空间中。

断面的高度和厚度

“Height（高度）”（在圆管的情况下等于外径 D）和断面的壁厚会影响梁的轴向和弯曲刚度。Karamba3D中这两个输入值均应以厘米为单位。断面面积在直径和厚度上都是线性的，而惯性矩则随着厚度线性增长且取决于 $D^3$（例如，全矩形断面）和取决于$D^2$，（例如，工字梁和箱式断面）。因此，在弯曲刚度不足的情况下，增加梁的高度（或直径）比增加梁的壁厚要有效。

梁轴的局部和整体偏心率

输入端口“EcceLoc”和“EcceGlo”可用于设置梁轴相对于其端点之间的连接线的偏心率。两者分别需要一个三维向量。“EcceLoc”是指局部偏心率，“EcceGlo”是指整体坐标系。梁的偏心率也可以通过“Eccentricity on Beam（梁的偏心率）”运算器来定义（请参见第3.3.7节）。

梁的朝向

可用于定义梁的方向。与 orientate-beam-component（梁的朝向运算器）的工作原理类似（请参阅3.1.14）。

用于断面优化的屈曲特性

可以关闭屈曲以优化断面。该运算器允许用户模拟预张拉的较细元素，而无需真正对其进行预张拉。必要的预张拉大致是满荷载情况下最大轴向压缩法向力的负值。

梁的局部方向屈曲长度

为了对断面进行优化，有必要知道梁的屈曲长度。Karamba3D使用第3.5.8节中描述的算法对其进行模拟。对于系统屈曲的情况而言，这种模拟算不上十分精确。输入端“BklLenY”、“BklLenZ”和“BklLenLT”可以分别为梁的局部Y轴、Z轴以及横向扭转屈曲指定梁的屈曲长度。指定后，这些值会覆盖Karamba3D屈曲长度计算中的值。“lg”值用于设置横向荷载距断面剪切中心的距离，其默认值为零。正值表示荷载指向剪切中心，因此对于横向扭转屈曲起到失稳作用。根据欧盟规范3，属性“lg”影响梁在横向扭转屈曲方面的利用率。

二阶理论法向力$N^{II}$

在二阶理论（Th.II）计算中，轴向法向力会影响梁的刚度。如将其压低，在受到张力的情况下，梁会增加其弯曲刚度。试想，吉他弦在张力增加的情况下会以更高的频率振动（即更硬）。在Karamba3D中，影响刚度（$N^{II}$）的法向力与实际上在断面（$N$）中引起应力的法向力无关。通过选择（$N^{II}$）作为每个梁的最大压力（$N$），可以确保二阶理论的结果更为精准。

编辑壳体

高度

设置整个壳体的均匀断面高度。

二阶理论法向力$N^{II}$

同梁相类似，壳体的$N^{II}$指定了在进行二阶理论计算时会影响刚度的平面法向力。这是单位长度的力，假设在所有方向上力的大小相同。