Solmujen kytkentä

Kaksi yleisesti tunnettua tapaa kytkeä elementtien solmuja toisiinsa ovat rigid link ja master-slave -tyyppiset kytkennät. Kytkentätyyppi määrittelee, kuinka siirtymät ja kiertymät siirtyvät kytkettyjen solmujen välillä. Kytkentätyyppi vaikuttaa myös liittyvien osien rasitusten siirtymiseen.

Rigid link -kytkentä

Rigid link -kytkentä voidaan ajatella äärettömän jäykkänä palkkielementtinä kytkettävien solmujen välillä, jolle sallitaan jäykän kappaleen liike. Se voi siis saada sekä translaatio- että rotaatiosiirtymiä.

Rigid link -kytkentä siirtää kytketyn solmun rasitukset ja kuormat pääsolmulle jäykästi. Se huomioi myös kytketyn solmun ja pääsolmun välisen etäisyyden tuottamalla voimakomponenttien siirrossa sekundäärimomentteja pääsolmulle. Sekundäärimomentit ovat pääsolmulle syntyviä pistemomentteja, jotka lasketaan kaavalla F x d, jossa F on kytketyllä solmulla vaikuttava voimaresultantti ja d voimaresultantin suuntaisen suoran sekä pääsolmun välinen lyhin etäisyys.

Master-slave -kytkentä

Master-slave -kytkentä sitoo kytkettävien solmujen translaatio- ja rotaatiosiirtymät samoiksi. Tämän vuoksi master-slave -kytkettyjen solmujen välinen kuviteltu kytkentäviiva ei voi saada rotaatiosiirtymiä, vaan se säilyy aina yhdensuuntaisena alkutilaan nähden.

Master-slave -kytkentä ei huomioi kytketyn solmun ja pääsolmun välistä etäisyyttä rasitusten ja kuormien siirrossa.

Kytkentätyypin valinnan merkitys

Alla olevissa kuvissa on kattoristikon yläpaarteen taivutusmomenttikuvaaja eri kytkentätyypeillä toteutettuna. Kaikki kytkennät on nivelöity ristikon tasossa (kuvan tasossa). Ensimmäisessä kuvassa kaikki ristikon kytkennät ovat rigid link -tyyppisiä ja toisessa kuvassa master-slave -tyyppisiä. Yläpaarteella olevan pääsolmun kohdalle syntyy rigid link -tyyppisiä kytkentöjä käytettäessä porrastus taivutusmomenttikuvaajaan. Tämä johtuu kahden pääsolmuun kytketyn diagonaalin päätysolmun normaalivoimakomponenteista, jotka tuottavat pääsolmuun pistemomentit.

Kun kytketty solmu ja pääsolmu ovat samassa pisteessä, rigid link ja master-slave -tyyppinen kytkentä käyttäytyvät samalla tavalla.

Huom!

Rigid link -tyyppisiä kytkentöjä käytettäessä tulee välttää liian suuria etäisyyksiä kytkettyjen solmujen välillä, sillä sekundäärimomentit kasvavat lienaarisesti suhteessa etäisyyteen. Liian suuret etäisyydet kytkettyjen solmujen välillä saattavat aiheuttaa todellista suurempia pistemomentteja pääsolmuille.