Workflow en doelstellingen
Het doel van de wapeningsontwerptools in de CSFM is om ontwerpers te helpen de locatie en de vereiste hoeveelheid wapeningsstaven efficiënt te bepalen. De volgende tools zijn beschikbaar om de gebruiker in dit proces te helpen/begeleiden: lineaire berekening en topologie-optimalisatie.
Wapeningsontwerptools houden rekening met eenvoudigere constitutieve modellen dan de modellen die worden gebruikt voor de uiteindelijke verificatie van de constructie. Daarom moet de definitie van de wapening in deze stap worden beschouwd als een voorontwerp dat tijdens de laatste verificatiestap bevestigd/verfijnd moet worden. Het gebruik van de verschillende wapeningsontwerptools wordt geïllustreerd aan de hand van het model in Fig. 3, dat bestaat uit één uiteinde van een enkelvoudig ondersteunde ligger met variabele hoogte, belast met een gelijkmatig verdeelde belasting.
Lineaire analyse
De lineaire analyse gaat uit van lineair-elastische materiaaleigenschappen en houdt geen rekening met wapening in het betonnen gebied. Het is daarom een zeer snelle berekening die een eerste inzicht geeft in de locaties van trek- en drukgebieden. Een voorbeeld van een dergelijke berekening is weergegeven in Fig. 4.
Topologie-optimalisatie
Topologie-optimalisatie is een methode die tot doel heeft de optimale verdeling van materiaal in een bepaald volume te vinden voor een bepaalde belastingconfiguratie. De topologie-optimalisatie geïmplementeerd in Idea StatiCa Detail maakt gebruik van een lineair eindige-elementenmodel. Elk eindig element kan een relatieve dichtheid hebben van 0 tot 100%, wat de relatieve hoeveelheid gebruikt materiaal weergeeft. Deze elementdichtheden zijn de optimalisatieparameters in het optimalisatieprobleem. De resulterende materiaalverdeling wordt als optimaal beschouwd voor de gegeven belastingenset als deze de totale rekenergie van het systeem minimaliseert. Per definitie is de optimale verdeling ook de geometrie met de grootst mogelijke stijfheid voor de gegeven belastingen.
Het iteratieve optimalisatieproces begint met een homogene dichtheidsverdeling. De berekening wordt uitgevoerd voor meerdere totale volumefracties (20%, 40%, 60% en 80%), waardoor de gebruiker het meest praktische resultaat kan selecteren. De resulterende vorm bestaat uit vakwerken met drukdiagonalen en trekstaven en vertegenwoordigt de optimale vorm voor de gegeven belastinggevallen (Fig. 5).
