1. Allmänt
I finita elementanalyser analyseras vanligtvis balkar och pelare med hjälp av stångelement, även kallat just balkelement. Detta är ofta det bästa tillvägagångssättet då det gör det möjligt att snabbt hitta deformationer, snittkrafter och spänningar samt göra nödvändiga dimensioneringsberäkningar baserat på formler och analysresultat. Detta tillvägagångssätt är ganska likt hur vi skulle göra vid en handberäkning. Ibland räcker dock inte detta, utan större precision krävs.
I FEM-Design kan vi göra balkelementsanalysen, men vi kan även konvertera vissa balkelement till skalelement. Det gör att vi inte längre beräknar hela balken som en stång utan istället har vi separata ytor för flänsar och liv.
Den här typen av skalmodell ger oss bättre noggrannhet i vissa situationer – speciellt för stabilitet i delar av balken och utnyttjandegradskontroller för böjning eller vippning. Dessutom tillåter det vissa specialfall som inte är möjliga med en vanlig balkmodell: främst modellering av hål och lokala förstyvningar.
Skalmodellen är endast tillgänglig för stålbalkar och -pelare. Den kan också användas med olika tvärsnitt, men inte för alla profiler. Se den här artikeln om tvärsnittstyper för mer information: Steel Design sections.
2. Modellering
För att modellera balken eller pelaren som en skalmodell måste vi först definiera balkmodellen. Se till att objektet ställs in med rätt material, eftersom skalmodellen använder det material som ställs in för balkobjektet. I det här exemplet använder vi en HEA-profil, eftersom det är en profiltyp som kan konverteras till skalmodell.
Öppna balkverktyget och definiera balken som vanligt.
Figur 1. Konvertering av balk till skal
Välj sedan verktyget "Analytical model" från balkverktygsfältet (nummer 1 i figur 1) och använd alternativet "Shell model" bredvid (nummer 2 i figur 1). Nu måste vi välja balken vi vill konvertera och högerklicka på den. FEM-Design kommer att konvertera balken till en serie skalelement som representerar den ursprungliga formen. Vi hade alternativet “Generate fictitious bars to the boundary of shell model” aktiverat, så vi fick fiktiva stänger i båda ändar av balken. Dessa kommer att garantera kontinuerlig anslutning till andra objekt som punktstöd och punktlaster.
Skalmodellen är nu klar. Skalen är gjorda som objektet "Plate" inte "Wall". Vi kan dock inte ändra egenskaperna manuellt.
Styvheten av det fiktiva stängerna kan ändras i dialogrutan för “Fictitious bar”.Vi kan konvertera skalmodellen tillbaka till en balk med alternativet “Bar model” (nummer 2 i Figur 2).Figur 2. Ändra tillbaka skalmodellen till balkmodell
Allting som kan göras för balkar kan även appliceras på pelare.
3. Håltagningar, stöd, avstyvningar och laster
Vi kan göra hål i skalmodellen som vi skulle göra i alla andra skalelement. Det enklaste sättet är att använda verktygen i "Modify region". Nedan är en bild som visar hur man kan skära ett hål i balkens liv till exempel:
Figur 3. Ta upp hål i skalmodellen
När stöd definieras för skalmodellen kan punktstöd, linjestöd eller till och med ytstöd användas. Det beror på den specifika modellen och vilka resultat som eftersöks.
Det går också att modellera avstyvningar med det vanliga Plate-verktyget. Kolla så att materialet är satt till stål och att tjockleken är korrekt. Avstyvningarna går inte att dimensionera, men dom påverkar balkens knäckmoder etc.Figur 4. Balk med avstyvningar
Laster kan appliceras på skalmodellen som linje- eller punktlast (som vi skulle göra för en vanlig balkmodell), men vi kan välja var belastningen verkar – om det är den övre eller nedre flänsen. Lasten kan också appliceras som en ytast för att simulera den likformiga belastningen på den övre flänsen till exempel.
Figur 5. Olika möjligheter att belasta en skalmodellsbalk
4. Mesh och analysresultat
För skalmodellen kommer ett finit elementnät genereras innan analys. Som för vnaliga plattor och väggar kan meshen anpassas och justeras vid behov. 
Figur 6. Finit elementnät på en skalmodellsbalk
En vanlig analys kan utföras för att beräkna deformation, snittkrafter och spänningar i skalen. Utöver detta kan även en ståldimensionering göras i Steel Design. Här måste alternativet “Steel bar, shell model” väljas, enligt figur 7.
Figur 7. Steel Design har ett speciellt läge för skalmodellsbalk
Nedan följer några resultat för exempelbalken:
Figur 8. Analysresultat som deformation och spänningar
Efter dimensioneringskontrollen visas skalmodellens utnyttjandegrad och det finns även möjlighet att visa detaljerade resultat av dimensioneringsberäkningarna.
Figur 9. Utnyttjandegradsberäkningar för dimensioneringskontroller