Hosszirányú merevítés erősítése (EN)
A hosszirányú merevítés megbízható és széles körben alkalmazott elem az acél csarnokok szerkezeteiben. Az IDEA StatiCa Member szimulációja által nyújtott pontos számításoknak köszönhetően a mérnökök mostantól csökkenthetik a kihajlási hosszra vonatkozó becsléseiket, és figyelembe vehetik az excentrikus kapcsolatok hatását az általános merevítési viselkedésre.
A szerkezet alapinformációi
A csarnok 8,3 méter széles, 22,6 méter hosszú és 2,3 méter magas. Az elemzés kritikus szerkezeti eleme egy 50x50x3 mm-es SHS profil, amelyet excentrikus csomólemezre hegesztett IPE 180-hoz csatlakoztattak.
Kézi számítás – tengelyirányú és hajlítási teherbírás
A részletes elemzés elvégzéséhez elengedhetetlen a kritikus szerkezeti elem viselkedésének kézi számítással történő meghatározása és megértése. A kézi számítás az EN-1993-1-1 szabvány alapján készül. A számítás során figyelembe vesszük a méretezési tengelyirányú erőt és a csomólemez excentricitásából, valamint az önsúlyból eredő hajlítási nyomatékokat. Az önsúlynak kisebb hatása van a szabványellenőrzésre és a kihasználtságra. Ezt a teherkombinációt a végeselem-módszer alapú megközelítésnél elhanyagoljuk.
Kézi számítás – tengelyirányú és hajlítási teherbírás
A kézi számítás alapján egyértelműen látható, hogy a kombinált nyomás és hajlítás alatti szerkezeti elem stabilitásvizsgálata nem teljesül. A kihasználtság 145%.
A kézi számítás hiányosságai:
- A számítási feltételezések csuklós kapcsolatokat vesznek figyelembe, és nem veszik figyelembe a kapcsolatok valódi merevségét.
- A kritikus hossz becslése a kapcsolatok elrendezésén alapul, a tényleges merevség figyelembevétele nélkül.
- Nincs vizuális megjelenítése a modell viselkedésének. Vakon kell megbízni az egyenletben, főként a beírt együtthatókban.
- A szerkezet kritikus pontja figyelmen kívül maradhat a bevezetett feltételezések miatt.
- A tapasztalatlan (fiatal) mérnökök helytelen kezdeti feltételezései végzetes hibákhoz vezethetnek.
- Egyes együtthatók meghatározása a tervezési szabvány szerinti megközelítésben bizonyos esetekben bonyolult, főként a Cmy, Cmz és CmLT együtthatók esetén.
Megerősítés nélküli modell
Új projekt
Indítsa el az IDEA StatiCa-->Steel-->Member alkalmazást.
Kérjük, kövesse a szükséges lépéseket egy alapmodell létrehozásához, amely tovább módosítható és fejleszthető.
Tervezés
Merev támasztó szerkezeti elem
A Merev támasztó szerkezeti elem engedélyezéséhez egyszerűen válassza ki a CON1 és CON2 elemeket, majd jelölje be a jelölőnégyzetet a tulajdonságrácsban.
Megfigyelheti, hogyan jelenik meg a Merev támasztó szerkezeti elem a nézetben. A következő lépés az összes teher eltávolítása a modellből.
Teher
A hosszirányú merevítés tengelyirányban terhelt. A -38,7 kN méretezési nyomóerő az elemzett szerkezeti elem végéhez kapcsolódik.
A szerkezet önsúlya kisebb hatással van a viselkedésre az elem alacsony tömege miatt. Ezt a terhet elhanyagoljuk.
Peremfeltétel
A csomólemez az IPE 180-hoz van hegesztve. Hasonló peremfeltétel szimulálásához győződjön meg arról, hogy mind a hat szabadságfok le van kötve a CON1 esetén.
Oldja fel a támaszt a CON2 helyi X-irányában a Teher fülön előre meghatározott tengelyirányú teher miatt.
Kapcsolat
Most itt az ideje a kapcsolatok létrehozásának. Egyszerűen válassza ki a CON1 elemet és az Edit connection lehetőséget.
Szerkessze a CON1 elemet és hozza létre a kapcsolatot. Válassza ki a Connecting plate gyártási műveletet és állítsa be a paramétereket.
IDEA StatiCa Connection ablak néhány másodpercen belül megnyílik. Építse fel a kapcsolatot lépésről lépésre a szükséges műveletek hozzáadásával. Adja hozzá a Connecting plate CPL1 gyártási műveletet, és állítsa be paramétereit az alábbi ábrán látható módon.
A következő lépésben igazítsa a nyelv- és csomólemez geometriáját a lemezszerkesztőben.
Most bezárhatja és mentheti a CON1-et.
A CON1 be van állítva. Most kattintson a CON2-re, és a Recent connection funkció segítségével alkalmazza ugyanazt a kapcsolatot a CON2-re, majd nyissa meg a kapcsolatot az IDEA StatiCa Connection alkalmazásban.
Módosítsa az Igazítást Hátsóra a csomólemez fordított excentricitása miatt a CON2 csukló esetén.
A végleges modell felülnézete most így fog kinézni:
Ellenőrzés
Anyagi nemlineáris analízis
Az anyagi nemlineáris analízis (MNA) figyelembe veszi az anyag plaszticitását, és értékes betekintést nyújt a modell egyenértékű feszültségébe és plasztikus alakváltozásába. Ez az analízis nem összpontosít a csavarok és hegesztések szabványellenőrzésére, mivel ezeket a külön Connection modellben kellene ellenőrizni.
Váltson az Ellenőrzés fülre, és futtassa az MNA-t.
Bekapcsolhatja az Egyenértékű feszültséget, és ellenőrizheti a mezőkimenetet a teljes szerkezeti elemen. A feszültség szempontjából kritikus pont magán a kapcsolaton észlelhető.
Az alakváltozások a mindkét oldalon lévő kapcsolatok excentricitásából eredő hajlítást és további feszültségeket jelzik.
Lineáris kihajlási analízis
A kihajlási analízis felbecsülhetetlen értékű eszköz a szerkezet nyomóterhelés alatti tönkremenetelének előrejelzéséhez. Értékeli a stabilitást, és megjósolja a kritikus teherbírást kihajlás vagy összeomlás előtt. Ez a módszer elengedhetetlen a szerkezeti integritás és biztonság biztosításához.
Az analízis kimenete:
- Kritikus alfa tényező
- Kihajlási alakok
A Lineáris kihajlási analízis (LBA) számos kulcsfontosságú kimenetet biztosít. Az első kihajlási alak alacsony stabilitásvesztést mutat 1,63 x Ned tényezővel. A második módusalak azonban a szimmetrikus keresztmetszet ortogonális jellege miatt magasabb, 1,90-es tényezőt ér el. Fontos szem előtt tartani a módusok kölcsönös kölcsönhatását a következő analízisben.
A Geometriai és anyagi nemlineáris imperfekcióval végzett analízis (GMNIA) megkezdéséhez a kezdeti állapotot helyi imperfekció formájában kell megadni. Az EN 1993-1-1, Cl. 5.3.2 (3) szerint a helyi imperfekciókat gondosan kell megválasztani. Az imperfekciókat megelőzően szükséges a különböző előjelű lehetőségek permutációja a kritikusak kiválasztásához (2). A végső analízishez csak azokat az imperfekciókát szabad felhasználni, amelyek kritikus kihasználtságot jeleznek (3). Fontos körültekintőnek lenni az imperfekciókat kiválasztásakor a pontos és megbízható analízis biztosítása érdekében.
Geometriai és anyagi nemlineáris imperfekcióval végzett analízis
A GMNIA egy mérnöki analízistípus, amelyet a szerkezetek szélsőséges terhelések alatti viselkedésének vizsgálatára használnak. Ez az analízis figyelembe veszi a szerkezet geometriai nemlinearitását (alakváltozás) és anyagi nemlinearitását (anyagtulajdonságok változása), valamint a szerkezetben jelen lévő kezdeti imperfekciókát vagy deformációkat. Ezen tényezők figyelembevételével a mérnökök jobban megérthetik, hogyan viselkedik a szerkezet terhelés alatt, és megalapozott döntéseket hozhatnak a tervezéssel és biztonsággal kapcsolatban.
Az analízis minden lépésben egyensúlyt keres az LBA imperfekciójából származó kezdeti deformált alak alapján. Ha az egyensúly nem érhető el, a megoldás leáll.
- Anyagi nemlinearitás akkor lép fel, amikor az anyag már nem tud rugalmasan deformálódni, és plasztikusan kezd folyni, ami viselkedésének megváltozásához vezet.
- Stabilitási problémák akkor merülnek fel, amikor a szerkezet az egyensúly hiánya miatt nem képes további iterációkra, és elérkezett egy bifurkációs ponthoz.
Futtassa a GMNIA-t. Az eredmények igazolják, hogy a gerenda elvesztette stabilitását. A számítás leállt, ahelyett hogy elérte volna a plaszticitási potenciált.
Alakváltozások
Következtetés a megerősítés nélküli részhez
Az analízis eredményei megerősítik a kézi számítás során tett kezdeti feltételezéseket. A kézi számítás szerint a kihasználtság 145%, ami kissé magas. A GMNIA azonban stabilitási probléma miatt 91,4%-nál leállította a számítást. Érdemes megjegyezni, hogy a plaszticitási potenciál nem lett elérve. A feltételezéseinkhez képest a GMNIA kihasználtsági értéke 1/0,914 = 109%.
A stabilitás biztosítása érdekében javasolt a modell megerősítése. Mivel a jelenlegi csarnokban nehéz az elemeket cserélni, a hangsúly azok megerősítésén lesz. Az IDEA StatiCa Member lefedi az elemek megerősítésének folyamatát.
Megerősítéssel ellátott modell
A meglévő keresztmetszetet csavarokkal összekapcsolt másik szelvénnyel erősítik meg.
A meglévő projekt másolata
A legegyszerűbb módja a kezdésnek a jelenlegi modell másolása, beleértve az összes előre meghatározott anyagot, gyártási folyamatot és statikai elrendezést.
Új projekt
Indítsa el az IDEA StatiCa-->Steel-->Member alkalmazást, és nyissa meg a másolt modellt.
Tervezés
Módosítsa az elemzett AM1(1) szerkezeti elemet. Adjon meg Új szelvényt (2)-->lépjen az Általános szelvénytervezőbe (3)
-->Importálja az előre meghatározott szelvényt (4)-->Válassza ki a General_Section.ideaGcss(5) fájlt.
Ez az előre meghatározott általános szelvény sablona. Az eredeti szelvényt CFomega szelvény segítségével erősítették meg.
Az alábbi modell a létrehozott szerkezetet mutatja. Fontos figyelmeztetés azonban, hogy a szerkezeti elem hidegen hajlított szelvényekből áll, amelyek nem hegeszthetők, ami azt jelenti, hogy a szelvény nem kapcsolható össze, és az integritás nem garantált.
A szelvények egymástól függetlenül viselkednek.
A szerkezeti elem szerkesztése előtt hozzon létre egy felhasználó által definiált összeállítást az M6-os csavarhoz, amely nem szerepel a szabványos könyvtárban. Lépjen az Anyagok-->Csavar összeállítás-->Szerkessze a paramétereket az alábbi táblázat szerint-->Mentse el Hilti M6 néven.
Adjon hozzá egy Közbenső csomópontot a két független szelvény csavarokkal való összekapcsolásához, az Abszolút pozíciók beállításával 1,5 m-re az elem kezdetétől. Szerkessze a CON3-at.
Kapcsolat
A CON3 lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy csavarkötést hozzon létre a teljes gerenda hosszán. Válassza a gyártó Kötőelem rács vagy Érintkezés műveletét.
Adja meg a csavarok tulajdonságait és elrendezését az alábbi ajánlás szerint:
Így néz ki a modell a Member alkalmazásban.
Ellenőrzés
Anyagi nemlineáris analízis
Váltson az Ellenőrzés fülre, és futtassa az MNA-t. Az analízis megmutatja azokat a területeket, amelyek plaszticitáson mennek keresztül és maximális feszültséget tapasztalnak.
Az alakváltozás igazolja, hogy a szerkezeti elem együttesen működik a csavarkötésnek köszönhetően.
Lineáris kihajlási analízis
Indítsa el a számítást a Lineáris kihajlási analízishez. Az első kihajlási alak megváltozott a szelvény megerősítése miatt, ez tiszta hajlítási módus a függőleges irányban. A kihajlási tényező megnövekedett.
A második módusalakban egyidejűleg jelentkezik az oldalirányú hajlítás és a szelvény torzulása a gerenda mindkét végén.
Mivel a kihajlási tényezők közel vannak egymáshoz, a módusok kölcsönhatásának megteremtése garantálja az összes lehetséges nyomás alatti deformáció megragadását. Négy imperfekció-kombináció szükséges a két kihajlási módus kölcsönös kölcsönhatásának létrehozásához.
A kritikus móduskombinációk azonosításának gyakorlati módja a modell túlterhelése. Ez olyan jelzéseket tár fel, mint a plasztikus alakváltozás, deformációk vagy befejezetlen GMNIA számítások (a megerősítés nélküli modell megközelítése).
Geometriai és nemlineáris imperfekcióval végzett analízis
Az imperfekciókat gondosan kiválasztva és a GMNIA futtatása után a kapcsolaton lévő kritikus pont az egyenértékű feszültségen keresztül azonosítható. A tervezés jó bizonyítékaként elmondható, hogy az analízis 100%-os befejezést ért el stabilitási problémák nélkül, biztosítva a szerkezeti elem és összes komponensének biztonságát.
A geometriai nemlinearitás és az előző analízislépésből származó tökéletlen alak alapján megfigyelhető a másodrendű elhajlás alakulása.
Jelentés
Kattintson a Jelentés fülre az analízis lépéseinek és szabványellenőrzéseinek automatikus összefoglalójának létrehozásához, amely PDF vagy Word dokumentumként menthető.
Összefoglalás
Ez az oktatóanyag átfogó megértést kíván nyújtani az olvasóknak a szerkezetek – például a hosszirányú merevítés – értékelésének folyamatáról, kézi számítások és végeselem-módszer alkalmazásával egyaránt. A kézi számításokkal végzett szabványellenőrzés és a végeselem-módszer alapú részletes analízis összehasonlítása lehetővé teszi az olvasók számára, hogy megalapozott döntéseket hozzanak, és értékes betekintést nyerjenek a két megközelítés közötti különbségekbe.
Főbb tanulságok:
- A kézi számítások kiváló eszközök az előzetes tervezéshez.
- A kritikus hossz becslése a kapcsolatok megjelenésén alapul, a tényleges merevség figyelembevétele nélkül.
- A kezdeti feltételezések megerősítést nyertek a részletes végeselem-módszer alapú analízis révén, és a modell működése vizuálisan is megjelenik.
- A csomóponti merevség, az excentricitás elhanyagolása és az igényes szabványlevezetés hibákhoz és félrevezető eredményekhez vezethet.