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節点とは?1分でわかる意味、読み方、接点との違い、節点変位、剛節点

節点とは、要素と要素を結合した点です。節点自体は、実体がなく、座標(位置情報)や境界条件、荷重条件などが付与されます。構造計算に必要な情報と考えてください。主に構造計算モデルに対して使う用語です。今回は、節点の意味、読み方、接点との違い、節点変位、剛節点について説明します。※似た用語で、節点法があります。これは、トラス構造の計算法の1つです。詳細は、下記の記事が参考になります。

節点法ってなに?節点法でトラスの軸力を求める方法

節点とは?

節点とは、要素と要素が結合される点です。節点は大きさや実体は無いですが、荷重の情報、変位の情報、座標(位置情報)、境界条件(自由度)が盛り込まれています。※境界条件の意味は、下記の記事が参考になります。

境界条件による座屈長さの違いについて


下図をみてください。赤丸部分が節点です。

節点

節点と節点を繋ぐ線または面、立体を「要素」といいます。


構造計算を行う時、普通、構造部材を線材モデルに置換します。※線材モデルの意味は、下記の記事が参考になります。

部材のモデル化


このとき、モデル化した梁や柱を「要素」といいます。要素には、部材の剛性に関する情報が付与されます。


柱と梁の要素が結合される点が「節点」です。節点と要素を組み合わせ、構造物をモデル化し、構造計算を行います。


上記の計算手法を、マトリクス変位法といいます。詳細は、下記の記事が参考になります。

マトリクス変位法(トラス)【1/3】


また、有限要素法でも節点と要素の関係は大切です。詳細は、下記の記事が参考になります。

有限要素法を学ぶ

節点の読み方

節点は「せってん」と読みます。

節点と接点の違い

節点と接点の違いを下記に整理しました。


節点 ⇒ 要素と要素が結合される点。節点に実体はなく、荷重、変位、境界条件、座標などの情報が付与される。

接点 ⇒ ある線同士が接する点のこと

節点変位と節点の関係

節点に生じる変位を、節点変位といいます。


現在の構造計算は、マトリクス変位法で行うことが多いです。この方法では、各節点の情報、要素の情報を元に連立方程式をたて、未知数を解きます。


ある連続体を要素に分解するとき、なるべく節点の数を増やした方が、計算精度が良くなります。これは、節点が無い要素には変位が起きないからです。


例えば、下図のように片持ち梁があります。たわみの値は、微分方程式により解けますが、有限要素法で解くことも可能です。

節点変位と片持ち梁

固定端と先端にのみ節点をつくり、要素でつないでも、梁の中間の変形は生じません。これは、梁の中央に節点が無いからです。

剛節点とは

節点は、境界条件(自由度)の情報を付与します。剛節点とは、回転方向を拘束した節点です。剛接合、固定支点ともいいます。詳細は、下記の記事が参考になります。

剛接合とピン接合の意味と、納まりと構造性能の違い

支点ってなに?支点のモデル化と、境界条件について

まとめ

今回は節点について説明しました。意味が理解頂けたと思います。節点は、要素と要素が結合される点です。節点は実体がありませんが、荷重、変位、座標、境界条件などの情報を付与します。要素と併せて覚えてくださいね。マトリクス変位法もあわせて理解しましょう。下記の記事が参考になります。

マトリクス変位法(トラス)【1/3】


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