在简单梁（3D 实体和壳/板）的 FEA 模拟中，我采用了简单的几何形状：
在对称平面和梁端之间的某个点有一个销或滚子接头：
load
a b c↓
======================⌇ y-symmetry
▲
free pin
在这个系统中，当我们用典型的梁方程求解时，我们假设偏转角很小。在这种情况下，我们看到销和自由端之间有轻微的轴向变形，因为总变形非常小。
然而，当我们用 3D FEA 元素解决这个问题时，我希望从 ab 发出的光束长度是守恒的。据我了解，我希望关节以外的元素上的剪力和力矩为零。然而，在实践中，我已经看到具有有限厚度壳单元和 1 和 2 单元厚实心板（由于软件限制不能更厚）网格的梁在负载很大时会导致该区域的极端轴向变形。
这里的网格变形是非物理的吗？这种行为的原因是什么？有什么方法可以减少或消除这种行为？
我是否应该不将该区域包含在模拟中？如果是这样，有哪些指导方针或考虑因素来决定哪些地区可以预期这种行为以消除/减少这种行为？
集中的力和约束本身是非物理的：你从未见过作用在真正几何点上的力吗？还有一个点式滚轮？
每当您使用光束理论（无论是 Euler-Bernoulli 还是 Timoschenko）时，您都应该问问自己它的假设以及该理论如何映射到现实世界的光束。连续介质力学和壳理论也是如此。
这在梁理论中说所有内力都在消失正如比尔在他的回答中概述的那样，它只受刚体运动的影响。请注意，在小变形假设下，这意味着线性横向位移。（当然，如果假设有限位移，这不是真正的刚体运动：这是你假设的轴向变形的起源吗？）
对于 3D 连续单元，集中载荷和约束可以建模为节点力或约束。但是请注意，在连续介质力学中，解在集中力下是奇异的（例如，开尔文解）。这意味着在节点负载和约束附近，单元变形很大，并且不会出现逐点收敛。此外，由于沙漏等数值问题，即使远离集中载荷，解的灾难性故障也可能发生。
从工程的角度来看，梁模型和集中力是可以的，只要您了解它们的真正含义。根据 de Saint Venant 原理，您可以假设远离负载区域，只有负载合成会影响求解，而不是实际负载分布。
如果您遇到应力和变形我会暂时假设
光束不够细，无法应用 de Saint Venant 原理，或者
数值问题（例如减少积分元素的沙漏）正在影响您的结果。
在这个系统中，当我们用典型的梁方程求解时，
让我们首先考虑梁方程的结果——无论您是解析求解还是通过 FEA 求解。梁理论说，沿梁中心线（中性轴）的轴向变形为零 - 无论是在销的左侧还是右侧。在远离中心线的位置（例如梁的外部纤维），您可以根据横向变形的一阶导数轻松计算轴向变形。
如您所见，销的左侧没有弯矩或剪力。由于梁截面在销处的旋转，横向变形基本上是刚体旋转。这种变形是你肯定会在实验中看到的。
这种情况在 3D 中稍微复杂一些，这取决于您如何在 FEA 模型中对销进行建模。在管脚附近，会有3D应力状态；例如，销的左侧会有应力。在远离销的位置，当您使光束更细长时，该解决方案将更接近于光束理论。