balkelementen

Balkelementen zijn een soort eindige elementen die worden gebruikt om lange, dunne structurele leden zoals balken te modelleren in structurele analyse. Door een balk op te delen in korte segmenten langs de lengte kunnen krachten, doorbuiging en verdelingspatronen binnen een constructie worden berekend. Balkelementen vormen de basis van one-dimensional (1D) structurele modellen en komen veel voor in civiele techniek en mechanische engineering.

Bij de modellering kan men kiezen tussen verschillende theorieën, met de Euler-Bernoulli- en de Timoshenko-beam benaderingen als gangbaar. In de Euler-Bernoulli-benadering heeft elk knooppunt meestal twee bewegingsgraden: een transversale verschuiving en een rotatie. De Timoshenko-beam voegt hier ook schuifgedrag toe, waardoor schuifdeformatie wordt meegenomen. Een balkelement heeft parameters zoals lengte, vlakke inertie I, Young’s modulus E en doorsnede-aanvullende maten zoals gebied A, evenals massa-verdeling. De stijfheids- en massa-matrices worden opgebouwd uit deze parameters en de gekozen theorie.

Balkelementen zijn geschikt voor het modelleren van axiale krachten, buiging en torsie in slanke leden, maar aannames gelden: kleine vervormingen, lineaire elastische materialen en geen lokale buig- of contactproblemen. Voor dikkere of complex gevormde delen kunnen 2D- of 3D-elementen nodig zijn.

Toepassingen omvatten het ontwerp en de analyse van gebouwframes, bruggen, tunnels en machineframes. Ze worden toegepast in vrijwel alle hoofdsoftware voor eindige-elementenanalyse en worden vaak gecombineerd met andere elementtypen zoals platen, shells of volumetrische elementen om een volledig model te vormen.

Zie ook: eindige-elementenmethode, balktheorie, Euler-Bernoulli-beam, Timoshenko-beam.