1.3 Méretezési eszközök a vasaláshoz

Munkafolyamat és célok

A CSFM vasalás-méretezési eszközeinek célja, hogy segítsék a tervezőket a vasalórudak elhelyezésének és szükséges mennyiségének hatékony meghatározásában. A folyamat során a felhasználót a következő eszközök támogatják: lineáris számítás és topológiai optimalizálás.

A vasalás-méretezési eszközök egyszerűbb anyagmodelleket vesznek figyelembe, mint a szerkezet végső ellenőrzéséhez használt modellek. Ezért a vasalás ebben a lépésben történő megadását előzetes méretezésnek kell tekinteni, amelyet a végső ellenőrzési lépésben meg kell erősíteni, illetve pontosítani kell. A különböző vasalás-méretezési eszközök használatát a 3. ábrán látható modellen mutatjuk be. A modell egy változó magasságú, egyszerűen alátámasztott gerenda egyik végét ábrázolja egyenletesen megoszló teher esetén.

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

Lineáris analízis

A lineáris analízis lineárisan rugalmas anyagjellemzőket vesz figyelembe, és a betonrégióban elhanyagolja a vasalást. Ezért ez egy nagyon gyors számítás, amely első betekintést nyújt a húzott és nyomott területek elhelyezkedésébe. Ilyen számítás példáját mutatja a 4. ábra.

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

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

Topológiai optimalizálás

A topológiai optimalizálás olyan módszer, amely adott teherkonfiguráció esetén az anyag optimális eloszlását keresi egy adott térfogatban. Az Idea StatiCa Detail programban megvalósított topológiai optimalizálás lineáris végeselem-modellt használ. Minden végeselem relatív sűrűsége 0 és 100 % között változhat, ami a felhasznált anyag relatív mennyiségét jelenti. Ezek az elemsűrűségek az optimalizálási feladat paraméterei. A kapott anyageloszlás az adott teherkészletre akkor tekinthető optimálisnak, ha minimalizálja a rendszer teljes alakváltozási energiáját. Definíció szerint az optimális eloszlás egyben az a geometria is, amely az adott terhekre a lehető legnagyobb merevséggel rendelkezik.

Az iteratív optimalizálási folyamat homogén sűrűségeloszlásból indul. A számítást több teljes térfogati arányra (20%, 40%, 60% és 80%) is elvégzi a program, így a felhasználó kiválaszthatja a legpraktikusabb eredményt. A kapott alak rácsos szerkezetekből áll nyomott és húzott rudakkal, és az adott teheresetekhez tartozó optimális alakot jelenti (5. ábra).

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

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