Knik is zelden een eigenschap van een geïsoleerde staaf. Knik hangt af van de stijfheid van de omliggende constructie, de randvoorwaarden, de positie van de belasting, imperfecties en – belangrijk – het werkelijke gedrag van de verbindingen.
Stability app brengt al deze onderdelen samen. Ingenieurs kunnen het relevante deel van de constructie modelleren, het statische systeem verifiëren, de verbindingen ontwerpen en toetsen, kritieke knikvormen bepalen, imperfecties toepassen en een geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met imperfecties (GMNIA) uitvoeren – allemaal binnen één samenhangende workflow.
In plaats van de kniklengte van een geïsoleerde staaf te schatten, kan de ingenieur analyseren hoe de staaf daadwerkelijk zal knikken als onderdeel van de constructie.
De oplossing is gericht op de volgende hoofdtaken:
- Toets een stalen staaf waarbij knik maatgevend is voor het ontwerp, niet de sterkte.
- Ontwerp en toets de verbindingen van die staaf als onderdeel van dezelfde opdracht.
- Toets de staven en deelconstructies op stabiliteitsweerstand.
- Genereer één rapport voor de constructie en de bijbehorende verbindingen.
Snelle navigatie:
Modelleer de constructie rond de geanalyseerde staaf (staven)
Een betrouwbare stabiliteitsanalyse begint met het juiste constructieve model.
- In Stability werkt de ingenieur met een deelconstructie in plaats van met een geïsoleerde staaf. Staven, knopen, opleggingen, scharnieren, excentriciteiten, belastingen en combinaties worden direct in de 3D-weergave gedefinieerd en blijven tijdens het hele ontwerpproces aanpasbaar.
- Projecten kunnen starten met een leeg model, een voorbereid template of een import uit een FEA-programma. Staven kunnen worden toegevoegd, verwijderd, gesplitst of verplaatst zonder het hele project opnieuw op te bouwen.
- Met tracing en ortho-hulplijnen kan de constructieve geometrie direct in de weergave worden gemaakt. Herhaalde afstanden kunnen worden ingevoerd met een vermenigvuldiger.
- Dubbele knopen op dezelfde positie worden automatisch samengevoegd, zodat het constructieve model samenhangend blijft.
Opleggingen en scharnieren aan de staafeinden zijn direct zichtbaar in de weergave, waarbij de afzonderlijke vrijheidsgraden kunnen worden bewerkt. Het model kan dus worden gecontroleerd voordat een geavanceerde stabiliteitsanalyse wordt uitgevoerd.
Een lineaire analyse levert reacties, snedekrachten en vervormingen, zodat de ingenieur de constructieve respons kan vergelijken met de technische verwachtingen voordat hij verdergaat in de workflow.
Zo kan de ingenieur verifiëren dat het geanalyseerde statische systeem overeenkomt met het beoogde systeem.
Lees in dit artikel meer over het opstellen van een constructief model in de Stability app.
Belastingen zoals ze in het constructieve model voorkomen
Stability werkt met belastinggevallen en belastingcombinaties, inclusief automatisch eigen gewicht. Combinaties worden gedefinieerd als UGT of BGT.
De gebruiker kiest uit puntlasten en lijnlasten die op de staven worden aangebracht.
Bij staven die met schaalelementen zijn gemodelleerd, is de positie van een belasting van belang. Een belasting kan daarom op de staafas of op een van de vlakken van de staaf werken, inclusief excentriciteit en belaste breedte.
Hetzelfde principe geldt voor de staafgeometrie. Excentriciteiten aan het begin en einde kunnen onafhankelijk van elkaar worden gedefinieerd, zodat staven kunnen worden weergegeven waarvan de fysieke uitlijning tussen de uiteinden verandert.
Het resultaat is een constructief model dat eerst kan worden gecontroleerd met vertrouwde resultaten van een lineaire analyse en vervolgens consistent kan worden gebruikt voor de geavanceerdere analyses die daarop volgen.
Lees in dit artikel stap voor stap hoe u belastingen in Stability definieert.
Zet de kritieke staaf om in een CBFEM-model
Niet elke staaf van de deelconstructie vereist een gedetailleerd eindige-elementenmodel.
Stability houdt de omliggende constructie efficiënt als 1D-staven en laat de ingenieur het kritieke deel selecteren en omzetten in een CBFEM-staaf, gemodelleerd met schaalelementen.
Het CBFEM-deel van het model kan uit één of meerdere staven bestaan en deze selectie blijft aanpasbaar. De rest van de gemodelleerde constructie blijft bestaan uit 1D-staven met alleen de stompen die nodig zijn voor het verbindingsontwerp. Dit levert detail waar het nodig is en houdt de rest van het constructieve systeem eenvoudig.
Meer informatie over het definiëren van CBFEM-staven in Stability vindt u in dit artikel.
Werkelijke verbindingen worden onderdeel van het stabiliteitsmodel
Bij het aanmaken van een CBFEM-staaf worden de knopen daarvan automatisch herkend als verbindingen.
In een zelfstandig Stability-project kunnen deze verbindingen direct worden geopend in IDEA StatiCa Connection en worden ontworpen met de vertrouwde bewerkingen voor platen, bouten, lassen, verstijvers en andere onderdelen van de verbinding.
De toetsing van de verbinding gebruikt de UGT-belastingseffecten die zijn berekend met de lineaire 1D-analyse in Stability. Het is niet nodig om krachten over te dragen tussen het constructieve model en het verbindingsmodel.
Als de 1D-analyse nog niet is uitgevoerd, ontvangt de gebruiker een melding over ontbrekende resultaten.
Bij constructies met herhaalde knooppunten kan een reeds ontworpen verbinding ook opnieuw worden gebruikt via Recente verbindingen.
Zo wordt een belangrijke kloof gedicht tussen de stabiliteit van de staaf en het verbindingsontwerp. De analyse hoeft niet langer uitsluitend uit te gaan van een geïdealiseerd knooppunt wanneer de werkelijke verbinding elders wordt ontworpen.
In plaats daarvan kan de verbinding die de krachten overdraagt worden ontworpen, getoetst en vervolgens in de stabiliteitsanalyse worden weergegeven met haar werkelijke stijfheid.
Verifieer de constructie voordat u naar instabiliteit zoekt
Voorafgaand aan de stabiliteitsanalyses wordt een materieel niet-lineaire analyse (MNA) uitgevoerd. Het doel ishelder: verifieer dat de constructie, inclusief de ontworpen verbindingen, 100% van de aangebrachte belasting kan dragen.
Dit leidt tot een logische reeks toetsen:
constructief model → krachtsoverdracht → verbindingsontwerp → MNA → stabiliteitsanalyse
De ingenieur begint de stabiliteitsbeoordeling dus met een constructief systeem waarvan de geometrie, de belasting, de randvoorwaarden en de verbindingen al zijn geverifieerd.
Lees in dit artikel hoe u verbindingen ontwerpt in de Stability app.
Knikvormen - zie hoe de constructie knikt
De volgende stap is een lineaire knikanalyse (LBA).
In plaats van de ingenieur te vragen vooraf een knikvorm te voorspellen of een effectieve kniklengte af te leiden, berekent Stability de knikvormen van de gemodelleerde deelconstructie.
Elke vorm wordt direct op de constructie gevisualiseerd, samen met de bijbehorende kritieke belastingsfactor αcr.
Dit levert zowel een numeriek resultaat als een technisch beeld van de instabiliteit: de ingenieur kan zien of het maatgevende gedrag globaal, staafgebonden of lokaal is en hoe de omliggende constructie daaraan deelneemt.
Omdat de analyse wordt uitgevoerd op de gemodelleerde deelconstructie, houdt zij rekening met de werkelijke opleggingen en de stijfheid van de ontworpen verbindingen.
De kritieke belastingsfactor kan daarom worden gebruikt om Ncr, Mcren de bijbehorende systeemlengte te bepalen voor gebruik in een globaal constructiemodel. Ook helpt het te bepalen of tweede-orde-effecten in de globale analyse kunnen worden verwaarloosd.
Als de kritieke belastingsfactor lager is dan 1,0, overschrijdt de aangebrachte belasting al de elastische kritieke belasting van het geanalyseerde systeem – een situatie die duidelijk in de resultaten wordt aangegeven.
Van knikvormen naar imperfecties
Een perfect numeriek model knikt niet zoals een echte constructie. Voor een geavanceerde stabiliteitsanalyse zijn daarom imperfecties nodig.
Stability maakt de definitie hiervan zichtbaar in plaats van er een abstracte numerieke invoer van te maken.
Globale imperfecties kunnen worden toegepast als een scheefstand of worden afgeleid van de knikvormen die met LBA zijn berekend. De beschikbare vormen worden vergezeld van hun kritieke factoren en indicatoren die de ingenieur helpen hun relevantie te beoordelen.
Geselecteerde knikvormen kunnen worden gecombineerd met door de gebruiker gedefinieerde gewichten en amplitudes.
Het belangrijkste is dat de resulterende imperfecte geometrie in millimeters direct in de 3D-weergave wordt getoond voordat GMNIA wordt gestart.
De ingenieur kan dus niet alleen de grootte van de imperfectie controleren, maar ook de richting en de gecombineerde vorm.
Dit is vooral belangrijk wanneer meerdere imperfecties elkaar beïnvloeden. Een knikvorm heeft zelf geen positieve of negatieve oriëntatie, terwijl de gekozen richting de uiteindelijke weerstand kan beïnvloeden. Door de resulterende geometrie vóór de berekening te zien, wordt deze technische keuze expliciet gemaakt.
Lees meer over imperfecties in de Stability app.
GMNIA zonder kniklengten af te leiden
Nadat de imperfecties zijn gedefinieerd, voert Stability een geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met imperfecties (GMNIA) uit.
Dit is de geavanceerde methode voor de stabiliteitsbeoordeling: in plaats van kniklengten af te leiden en vervolgens een staafstabiliteitsformule toe te passen, wordt de niet-lineaire respons van de imperfecte constructie direct berekend.
De resultaten omvatten de rektoetsing, spanning, rek en vervormingscomponenten.
De analyse biedt ook instellingen voor stijfheidsreductie volgens de gekozen norm en een rotatielimiet voor kip. De stijfheidsreductie heeft alleen invloed op GMNIA; MNA en LBA blijven ongewijzigd.
De workflow scheidt daarom drie afzonderlijke technische vragen:
MNA: Kan de gedetailleerde constructie met haar verbindingen de aangebrachte belasting dragen?
LBA: Hoe neigt de constructie te knikken, en bij welke kritieke belastingsfactor?
GMNIA: Voldoet de imperfecte constructie aan de stabiliteitsbeoordeling volgens de geavanceerde analysemethode?
Elke analyse heeft haar eigen resultaten en een expliciete OK / NOT OK-status, zodat de conclusie niet hoeft te worden afgeleid uit een verzameling resultaattabellen.
Het eindrapport kan de constructieve analyse omvatten en, indien nodig, de toetsingen van de verbindingen in hetzelfde document opnemen.
Lees in dit artikel meer over alle analysetypen in Stability.
Ga direct vanuit uw globale FEA-model via Checkbot
In veel projecten bestaat de staaf waarvoor een stabiliteitstoetsing nodig is al in een globaal FEA-model.
Er is geen reden om die opnieuw op te bouwen.
Stability is daarom geïntegreerd met IDEA StatiCa Checkbot. Een relevante deelconstructie kan uit het geïmporteerde globale model worden gehaald en direct in Stability worden geopend, met haar geometrie, uitlijning van de doorsnede, staafexcentriciteiten, belastinggevallen, combinaties en verbindingen.
De modelleerstap wordt overgeslagen en het Stability-project opent direct in de fase Design (het modelleren van de 1D-constructie is niet nodig; daarom is het tabblad Model niet zichtbaar)
Dit beperkt het handmatig overnemen van gegevens tussen de globale analyse en de gedetailleerde stabiliteitsbeoordeling – en daarmee het risico dat het model dat wordt getoetst afwijkt van het model dat de krachten heeft opgeleverd.
Eén belangrijke technische invoer blijft bij de gebruiker: de opleggingen aan de rand van de gekozen deelconstructie. Deze randvoorwaarden vertegenwoordigen de inklemming door de omliggende constructie en kunnen het stabiliteitsresultaat aanzienlijk beïnvloeden. De ingenieur moet ze daarom zelf definiëren en verifiëren.
Eerst verbindingen, daarna stabiliteit
Wanneer Stability vanuit Checkbot wordt gestart, blijft het verbindingsontwerp door Checkbot beheerd.
De verbindingen worden daar eerst ontworpen, waarbij de verbindingsgroepen en de relatie met het geïmporteerde constructieve model behouden blijven. Stability leest deze ontwerpen vervolgens in en gebruikt hun stijfheid in de stabiliteitsbeoordeling, zonder ze te wijzigen.
De workflow is daarom bewust eenvoudig:
Globaal FEA-model importeren → verbindingen ontwerpen in Checkbot → deelconstructie selecteren → Stability openen → randopleggingen definiëren → stabiliteitstoetsing uitvoeren.
Checkbot houdt de status van de analyses bij, waaronder MNA, de kritieke factor van LBA, GMNIA en plaattoetsingen, zodat de ingenieur een overzicht heeft van welke stabiliteitsprojecten al zijn geverifieerd.
En wanneer de geïmporteerde deelconstructie niet volstaat voor de taak, kan het project worden geëxporteerd naar een zelfstandig Stability-project. Daar is het volledige tabblad Model weer beschikbaar, zodat de ingenieur de constructie kan uitbreiden of aanpassen en de analyse zelfstandig kan voortzetten.
Van een geïsoleerde staaf naar het werkelijke constructieve systeem
Stability verandert de vraag achter een staafstabiliteitstoetsing - in plaats van te vragen:
“Welke kniklengte moet ik aannemen voor deze staaf?”
...kan de ingenieur onderzoeken:
“Hoe knikt deze staaf als onderdeel van de constructie die haar daadwerkelijk ondersteunt?”
Bewerkbare modellering van deelconstructies, CBFEM-staven, volgens de norm getoetste verbindingen, werkelijke verbindingsstijfheid, knikvormen uit LBA, zichtbare imperfecties en GMNIA komen samen in één workflow – van het constructieve model tot het eindrapport.
Dat is het doel van de nieuwe Stability applicatie in IDEA StatiCa 26.1: knikgevoelige staven analyseren als onderdeel van de constructie waartoe ze daadwerkelijk behoren.
Ontdek IDEA StatiCa Stability
Download de nieuwste versie om de Stability app zelf te ervaren.
Download de nieuwste versie