Nyírási középponton átmenő terhelés esetén a szerkezeti elemek csavarodása
Az analízismodell leírása
A kondenzált elemek analízismodellbe való beépítésével a szerkezeti elemek jóval hosszabbak lettek. Az IDEA StatiCa Connection 20.1-es és korábbi verzióiban a szerkezeti elemek alapértelmezett hossza nyitott szelvények esetén 1,5×h, zárt szelvények esetén 2×h volt. A héjelemekből álló szerkezeti elemek végeit összekötő elemek merevítették, amelyeken keresztül a terhelés bevezetésre kerül. Ezek az összekötő elemek a szerkezeti elem végét csavarodás szempontjából merevre rögzítik.
Az IDEA StatiCa Connection 21.0-s és újabb verzióiban a kondenzált elemek a héjelemekből álló szerkezeti elemszakaszok mögé kerülnek hozzáadásra. A kondenzált elem ugyanolyan tulajdonságokkal rendelkezik, mintha rugalmas anyagtulajdonságú héjelemekből állna. A kondenzált elem hossza a feszültség-alakváltozás analízistípus esetén 4×h. A terhek a kondenzált elemek végén kerülnek bevezetésre, így a kapcsolatokat a merevítő hatás jóval kevésbé befolyásolja. A modell hatékonyabb, és lehetővé teszi az alapértelmezett, héjelemekből álló szerkezeti elemhossz csökkentését 1,25×h-ra, mind nyitott, mind zárt szelvények esetén.
A témáról bővebben a Kondenzált szuperelemek – láthatatlanok, de nélkülözhetetlenek cikkben olvashat.
Ez azt jelenti, hogy az alapértelmezett beállításokkal a szerkezeti elemhosszak nyitott szelvények esetén 1,5×h-ról 5,25×h-ra, zárt szelvények esetén 2×h-ról 5,25×h-ra növekedtek. A csavarodás a szerkezeti elem hosszán fejlődik ki, Vlasov elmélete szerint, és a csavarónyomaték nem lineárisan, hanem inkább exponenciálisan növekszik.
Tehát a korábbi verziókban (20.1 és korábbi) a csavarónyomatéknak kis hatása volt, de most nagyon jelentős lehet; ha a csavarodás a kapcsolatban meg van akadályozva, most körülbelül 6,5-szer nagyobb. Természetesen a lemezek, csavarok és hegesztések kihasználtsága is megnő.
Megjegyzendő, hogy a csavarónyomaték függ a szerkezeti elem hosszától, a terhelés bevezetési helyétől, mindkét végén lévő peremfeltételektől, valamint az esetleges közbenső alátámasztásoktól vagy merevítőktől. A felhasználónak tehát tudatában kell lennie, hogy a csavarodási nyomaték még mindig pontatlan. Csupán most a szerkezeti elem hosszabb, így közelebb van a valós nagyságrendhez, ha a csavarodás igazolható.
Valóban csavarodik a szerkezeti elem?
Az alapvető kérdés az, hogy a szerkezeti elem csavarodása és csavaró igénybevétele valóban lehetséges-e. Gyakran a szerkezeti elem felső övét egy padlólemez tartja, amely hatékonyan megakadályozza a szerkezeti elem bármilyen csavarodását. Ebben az esetben a csavarodás és a csavaró igénybevétel elhanyagolható, és nem szükséges a szerkezeti elemet és kapcsolatát ezekkel az erőkkel szemben méretezni.
Ha ezeknek a szarufáknak a felső övei valóban meg vannak akadályozva az oldalirányú elmozdulásban, ez a tönkremeneteli mód nem releváns, és a belső erőket ennek megfelelően kell módosítani.
Hogyan szabaduljunk meg a nem kívánt csavarónyomatéktól?
Két módszer létezik a csavarónyomaték elhanyagolására a Connection alkalmazásban.
Nézzük meg mindkét lehetőséget egyenként.
Egyenértékű csavarónyomaték kiszámítása
Minden szerkezeti elem a súlypontján keresztül van terhelve. Kétszeresen szimmetrikus keresztmetszetek esetén (pl. I, H, RHS, CHS szelvények) a súlypont ugyanott helyezkedik el, mint a nyírási középpont. Ha a terhelés a nyírási középponton halad át, a nyíróerő nem okoz további csavarodást.
Azonban más, csak egy vagy semmilyen szimmetriatengelllyel rendelkező szerkezeti elemeknél a nyírási középpont helyzete eltolódik a súlyponttól. A nyíró terhelés a súlyponton keresztül kerül bevezetésre, és csavarónyomaték keletkezik. Ez a csavarónyomaték egyenlő a nyíróerő és a súlypont, valamint a nyírási középpont közötti távolság szorzatával.
Ha a mérnök feltételezi, hogy a szerkezeti elem nem tud elfordulni, ezt a csavarónyomatékot egy ellentétes csavarónyomatékkal kell egyensúlyba hozni az alkalmazott teherhatásokban.Vegye figyelembe, hogy ez az egyensúlyozó csavarónyomaték meg fog jelenni az egyensúlyhiányos erőknél, ha az Egyensúlyban lévő terhek opciót alkalmazza.
Most mutassuk be egy gyakorlati példán.
Van egy U-alakú gerendával rendelkező kapcsolatunk. A keresztmetszetet, jellemzőit és terheléseit az alábbi képen láthatja.
Például ez a gerenda megcsavarodik, és irreális feszültség- és alakváltozás-eloszlást mutat, ami befolyásolja a szabványellenőrzéseket. A valóságban a gerenda teljes hosszán meg van akadályozva a csavarodásban, így ilyen hatásnak nem kellene fellépnie.
A modell korrekciójához egy egyenértékű ellentétes csavarónyomatékot M'x kell kiszámítani és hozzáadni a szerkezeti elem teherhatásaihoz. Ebben a példában az LE1 esetén az M'x = Vz * y0 = 1502 * 0,113 = 170 kNm nyomatékot kell extra hozzáadni.
Vegye figyelembe, hogy a csavarodás egyensúlyba hozásáról vagy annak mellőzéséről a mérnök dönt. A szabványokban vagy kiadványokban találhatók olyan rendelkezések, amelyek segítséget nyújthatnak.
Kifordulás elleni megtámasztás művelete
A szerkezeti elem stabilizálásának másik módja a kifordulás elleni megtámasztás műveletének alkalmazása.
A funkcióról bővebben az alábbi cikkekben olvashat: