Boulení je jen zřídka vlastností izolovaného prvku. Závisí na tuhosti okolní konstrukce, okrajových podmínkách, poloze zatížení, imperfekcích a – což je důležité – také na skutečném chování přípojů.
Aplikace Stability spojuje všechny tyto části dohromady. Inženýři mohou vytvořit model relevantní části konstrukce, ověřit statické schéma, navrhnout a posoudit přípoje, určit kritické tvary boulení, zavést imperfekce a provést geometricky a materiálově nelineární analýzu s imperfekcemi (GMNIA) – to vše v jednom propojeném pracovním postupu.
Místo odhadování délky boulení izolovaného prvku může inženýr analyzovat, jak se prvek skutečně vyboulí jako součást konstrukce.
Řešení pokrývá tyto hlavní úlohy:
- Posouzení ocelového prvku, u kterého o návrhu rozhoduje boulení, nikoli pevnost.
- Návrh a posouzení přípojů tohoto prvku v rámci stejné úlohy.
- Posouzení prvků a podkonstrukcí na stabilitu.
- Vytvoření jediného protokolu zahrnujícího konstrukci i její přípoje.
Rychlá navigace:
Modelování konstrukce kolem analyzovaného prvku (prvků)
Spolehlivá analýza stability začíná správným konstrukčním modelem.
- Ve Stability inženýr pracuje s podkonstrukcí, nikoli s izolovaným prvkem. Prvky, uzly, podpory, klouby, excentricity, zatížení a kombinace se definují přímo ve 3D scéně a zůstávají upravitelné během celého procesu návrhu.
- Projekty lze zahájit od prázdného modelu, z připravené šablony nebo importem z FEA nástroje. Prvky lze přidávat, odebírat, dělit nebo přemisťovat bez nutnosti znovu vytvářet celý projekt.
- Trasování a ortogonální vodítka umožňují vytvářet konstrukční geometrii přímo ve scéně. Opakované vzdálenosti lze zadat pomocí násobitele.
- Náhodně zdvojené uzly se automaticky sloučí, aby konstrukční model zůstal propojený.
Podpory a klouby na koncích prvků jsou viditelné přímo ve scéně a jejich jednotlivé stupně volnosti lze upravovat. Model lze proto zkontrolovat ještě před provedením jakékoli pokročilé analýzy stability.
Lineární analýza poskytuje reakce, vnitřní síly a deformace, což inženýrovi umožňuje porovnat odezvu konstrukce s inženýrským očekáváním, než přejde k dalším krokům pracovního postupu.
Inženýr tak může ověřit, že analyzované statické schéma odpovídá tomu, které chtěl vytvořit.
Více informací o tom, jak vytvořit konstrukční model v aplikaci Stability, najdete v tomto článku.
Zatížení tak, jak existuje v konstrukčním modelu
Stability pracuje se zatěžovacími stavy a kombinacemi zatížení, včetně automatické vlastní tíhy. Kombinace se definují jako MSÚ nebo MSP.
Uživatel si vybírá z bodových a liniových zatížení, která se aplikují na prvky.
U prvků modelovaných skořepinovými prvky záleží na poloze zatížení. Zatížení proto může působit na osu prvku nebo na některou z jeho ploch, včetně excentricity a zatěžovací šířky.
Stejný princip platí pro geometrii prvku. Počáteční a koncové excentricity lze definovat nezávisle, což umožňuje modelovat prvky, jejichž fyzické uspořádání se mezi konci mění.
Výsledkem je konstrukční model, který lze nejprve zkontrolovat pomocí známých výsledků lineární analýzy a poté konzistentně použít pro následující pokročilejší analýzy.
V tomto článku se krok za krokem dozvíte, jak ve Stability definovat zatížení.
Převedení kritického prvku na CBFEM model
Ne každý prvek podkonstrukce vyžaduje podrobný model metodou konečných prvků.
Stability udržuje okolní konstrukci efektivní jako 1D prvky a zároveň umožňuje inženýrovi vybrat kritickou část a převést ji na CBFEM prvek modelovaný skořepinovými konečnými prvky.
CBFEM část modelu může tvořit jeden nebo několik prvků a tento výběr zůstává upravitelný. Zbytek modelované konstrukce zůstává jako 1D prvky pouze s pahýly nezbytnými pro návrh přípojů. Tím se získá podrobnost tam, kde je potřeba, a zbytek konstrukčního systému zůstává jednoduchý.
Další informace o definování CBFEM prvků ve Stability najdete v tomto článku.
Skutečné přípoje se stávají součástí modelu stability
Vytvořením CBFEM prvku se jeho uzly automaticky identifikují jako přípoje.
V samostatném projektu Stability lze tyto přípoje otevřít přímo v IDEA StatiCa Connection a navrhnout je pomocí známých operací pro plechy, šrouby, svary, výztuhy a další součásti přípoje.
Posouzení přípoje využívá účinky zatížení pro MSÚ vypočtené lineární 1D analýzou ve Stability. Není třeba přenášet síly mezi konstrukčním modelem a modelem přípoje.
Pokud 1D analýza ještě nebyla provedena, uživatel obdrží upozornění na chybějící výsledky.
U konstrukcí s opakujícími se styčníky lze již navržený přípoj znovu použít prostřednictvím funkce Naposledy použité přípoje.
Tím se uzavírá důležitá mezera mezi stabilitou prvku a návrhem přípoje. Analýza se již nemusí spoléhat pouze na idealizovaný předpoklad styčníku, pokud je skutečný přípoj navrhován jinde.
Místo toho lze přípoj, který přenáší síly, navrhnout, posoudit a následně v analýze stability reprezentovat jeho skutečnou tuhostí.
Ověření konstrukce před hledáním nestability
Před analýzami stability se provádí materiálově nelineární analýza (MNA). Účel je přímočarý: ověřit, že konstrukce včetně navržených přípojů přenese 100 % působícího zatížení.
Tím vzniká logická posloupnost kontrol:
konstrukční model → přenos zatížení → návrh přípoje → MNA → analýza stability
Inženýr tak přistupuje k posouzení stability s konstrukčním systémem, jehož geometrie, zatížení, okrajové podmínky a přípoje již byly ověřeny.
V tomto článku se dozvíte, jak navrhovat přípoje v aplikaci Stability.
Tvary boulení – jak se konstrukce boulí
Dalším krokem je lineární analýza boulení (LBA).
Namísto toho, aby inženýr musel předem odhadovat tvar boulení nebo odvozovat účinnou délku boulení, Stability vypočítá tvary boulení modelované podkonstrukce.
Každý tvar je zobrazen přímo na konstrukci spolu s jeho kritickým součinitelem zatížení αcr.
Tím se získá numerický výsledek i inženýrská představa o nestabilitě: inženýr vidí, zda je určující chování globální, související s prvkem, nebo lokální, a jak se na něm podílí okolní konstrukce.
Protože se analýza provádí na modelované podkonstrukci, zohledňuje její skutečné podpory a tuhost navržených přípojů.
Kritický součinitel zatížení lze následně použít k získání Ncr, Mcra odpovídající systémové délky pro použití v globálním konstrukčním modelu. Pomáhá také určit, zda lze v globální analýze zanedbat účinky druhého řádu.
Pokud kritický součinitel zatížení klesne pod 1,0, působící zatížení již překračuje pružné kritické zatížení analyzovaného systému – tento stav je ve výsledcích jasně indikován.
Od tvarů boulení k imperfekcím
Dokonalý numerický model se nebourá jako skutečná konstrukce. Pokročilá analýza stability proto vyžaduje imperfekce.
Stability činí jejich definici viditelnou, místo aby ji ponechala jako abstraktní numerický vstup.
Globální imperfekce lze zavést jako naklonění nebo je odvodit z tvarů boulení vypočtených pomocí LBA. K dostupným tvarům jsou přiloženy jejich kritické součinitele a indikátory, které inženýrovi pomáhají posoudit jejich význam.
Vybrané tvary boulení lze kombinovat s uživatelsky definovanými vahami a amplitudami.
Především se výsledná imperfektní geometrie zobrazí přímo ve 3D scéně v milimetrech ještě před spuštěním GMNIA.
Inženýr tak může zkontrolovat nejen velikost imperfekce, ale také její směr a výsledný kombinovaný tvar.
To je obzvláště důležité, když se několik imperfekcí vzájemně ovlivňuje. Samotný tvar boulení nemá kladnou ani zápornou orientaci, zatímco zvolený směr může ovlivnit výslednou únosnost. Zobrazení výsledné geometrie před výpočtem toto inženýrské rozhodnutí činí explicitním.
Přečtěte si více o imperfekcích v aplikaci Stability.
GMNIA bez odvozování délek boulení
Po definování imperfekcí provede Stability geometricky a materiálově nelineární analýzu s imperfekcemi (GMNIA).
Jde o cestu k posouzení stability pomocí pokročilé metody: místo odvozování délek boulení a následného použití vzorce pro stabilitu prvku se přímo vypočítá nelineární odezva imperfektní konstrukce.
Výsledky zahrnují posouzení přetvoření, napětí, přetvoření a složky deformace.
Analýza také nabízí nastavení redukce tuhosti podle zvolené návrhové normy a limit natočení pro klopení. Redukce tuhosti ovlivňuje pouze GMNIA; MNA a LBA zůstávají nedotčeny.
Pracovní postup tak odděluje tři různé inženýrské otázky:
MNA: Přenese podrobně modelovaná konstrukce a její přípoje působící zatížení?
LBA: Jak má konstrukce tendenci se boulit a při jakém kritickém součiniteli zatížení?
GMNIA: Vyhovuje imperfektní konstrukce posouzení stability pomocí pokročilé metody analýzy?
Každá analýza má své vlastní výsledky a explicitní stav OK / NOT OK, takže závěr není nutné odvozovat ze sady výsledkových tabulek.
Závěrečný protokol může zahrnovat konstrukční analýzu a v případě potřeby i posouzení přípojů ve stejném dokumentu.
Více informací o všech typech analýz ve Stability najdete v tomto článku.
Přímo z globálního FEA modelu přes Checkbot
V mnoha projektech již prvek, který vyžaduje posouzení stability, existuje v globálním FEA modelu.
Není důvod ho vytvářet znovu.
Stability je proto integrována s IDEA StatiCa Checkbot. Relevantní podkonstrukci lze převzít z importovaného globálního modelu a otevřít přímo ve Stability s její geometrií, zarovnáním průřezů, excentricitami prvků, zatěžovacími stavy, kombinacemi a přípoji.
Krok modelování se přeskočí a projekt Stability se otevře přímo ve fázi Design (modelování 1D konstrukce není potřeba, proto není karta Model viditelná).
Tím se snižuje množství ručního přepisování dat mezi globální analýzou a podrobným posouzením stability – a s ním i riziko, že se posuzovaný model liší od modelu, ze kterého pocházejí síly.
Jeden důležitý inženýrský vstup zůstává na uživateli: podpory na hranici extrahované podkonstrukce. Tyto okrajové podmínky představují uložení zajišťované okolní konstrukcí a mohou významně ovlivnit výsledek stability. Proto je musí definovat a ověřit inženýr.
Nejprve přípoje, poté stabilita
Když se Stability spouští z Checkbotu, návrh přípojů zůstává řízen v Checkbotu.
Přípoje se zde navrhují jako první, přičemž se zachovávají skupiny přípojů a vazba na importovaný konstrukční model. Stability poté tyto návrhy načte a využije jejich tuhost při posouzení stability, aniž by je upravovala.
Pracovní postup je tedy záměrně jednoduchý:
Import globálního FEA modelu → návrh přípojů v Checkbotu → výběr podkonstrukce → otevření Stability → definice okrajových podpor → provedení posouzení stability.
Checkbot uchovává stav analýz, včetně MNA, kritického součinitele LBA, GMNIA a posouzení plechů, a poskytuje inženýrovi přehled o tom, které projekty stability již byly ověřeny.
A pokud importovaná podkonstrukce pro daný úkol nestačí, lze projekt exportovat do samostatné aplikace Stability. Tam je opět dostupná celá karta Model, což inženýrovi umožňuje konstrukci rozšířit nebo upravit a pokračovat v analýze samostatně.
Od izolovaného prvku ke skutečnému konstrukčnímu systému
Stability mění otázku, která stojí za posouzením stability prvku – místo otázky:
„Jakou délku boulení mám pro tento prvek předpokládat?“
...může inženýr zkoumat:
„Jak se tento prvek boulí jako součást konstrukce, která ho skutečně zajišťuje?“
Upravitelné modelování podkonstrukce, CBFEM prvky, normově posouzené přípoje, skutečná tuhost přípojů, tvary boulení z LBA, viditelné imperfekce a GMNIA jsou sloučeny do jednoho pracovního postupu – od konstrukčního modelu až po závěrečný protokol.
To je účelem nové aplikace Stability v IDEA StatiCa 26.1: analyzovat prvky náchylné k boulení jako součást konstrukce, do které skutečně patří.
Prozkoumejte IDEA StatiCa Stability
Stáhněte si nejnovější verzi a vyzkoušejte aplikaci Stability na vlastní kůži.
Stáhněte si nejnovější verzi