1.3 Vasalás méretezési eszközök

Munkafolyamat és célok

A CSFM-ben található vasalás méretezési eszközök célja, hogy segítsék a tervezőket a vasbetétek helyének és szükséges mennyiségének hatékony meghatározásában. A következő eszközök állnak rendelkezésre a felhasználó segítésére/irányítására ebben a folyamatban: lineáris számítás és topológiai optimalizálás.

A vasalás méretezési eszközök egyszerűsítettebb konstitutív modelleket vesznek figyelembe, mint a szerkezet végleges ellenőrzésére használt modellek. Ezért a vasalás ezen lépésben történő meghatározását előzetes tervezésnek kell tekinteni, amelyet a végleges ellenőrzési lépés során kell megerősíteni/pontosítani. A különböző vasalás méretezési eszközök használatát a 3. ábrán látható modellen mutatjuk be, amely egy változó magasságú, egyszerűen alátámasztott gerenda egyik végéből áll, egyenletesen elosztott terhelésnek kitéve.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.}}}$$

Lineáris analízis

A lineáris analízis lineárisan rugalmas anyagjellemzőket vesz figyelembe, és eltekint a betontartomány vasalásától. Ezért ez egy nagyon gyors számítás, amely első betekintést nyújt a húzott és nyomott tartományok elhelyezkedésébe. Egy ilyen számítás példáját a 4. ábra mutatja.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}$$

Topológiai optimalizálás

A topológiai optimalizálás egy olyan módszer, amelynek célja az anyag optimális elosztásának megtalálása egy adott térfogaton belül, egy bizonyos terhelési konfigurációhoz. Az Idea StatiCa Detail-ben implementált topológiai optimalizálás lineáris végeselem-modellt használ. Minden végeselemnek 0 és 100% közötti relatív sűrűsége lehet, amely a felhasznált anyag relatív mennyiségét jelenti. Ezek az elemsűrűségek az optimalizálási probléma optimalizálási paraméterei. Az adott terhelési készlethez tartozó anyageloszlás optimálisnak tekinthető, ha minimalizálja a rendszer teljes alakváltozási energiáját. Definíció szerint az optimális eloszlás egyben az a geometria is, amely az adott terhelésekhez a lehető legnagyobb merevséggel bír.

Az iteratív optimalizálási folyamat homogén sűrűségeloszlással kezdődik. A számítás több teljes térfogathányadra (20%, 40%, 60% és 80%) történik, ami lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kiválassza a legpraktikusabb eredményt. A kapott alakzat rácsos szerkezetekből áll, nyomott rudakkal és húzott elemekkel, és az adott terhelési esetekhez tartozó optimális alakzatot jelenti (5. ábra).

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Results from the topology optimization design tool with 20\% and 40\%  effective volume}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}$$