Istnieją różne formy tego złożonego zjawiska. Ogólnie możemy rozróżnić globalne wyboczenie elementów konstrukcyjnych (wyboczenie smukłych słupów ściskanych, zwichrzenie zginanych belek) oraz lokalne wyboczenie płyt (ściskanych lub ścinanych). Po osiągnięciu obciążenia krytycznego element zmienia swój kształt na nowy, energetycznie korzystniejszy: ulega wyboczeniu. Może to się zdarzyć nawet wtedy, gdy naprężenie w elemencie jest znacznie niższe od wytrzymałości materiału, z którego jest wykonany. Dalsze obciążanie może powodować znaczne i trudne do przewidzenia deformacje, prowadzące nawet do całkowitej utraty nośności elementu.
IDEA StatiCa pomaga inżynierom w analizie globalnego i lokalnego wyboczenia elementów stalowych.
Wyboczenie w połączeniu
Wyboczenie zwykle nie jest istotnym zagadnieniem w złączach, jednak należy sprawdzić, czy nie występują problemy z wyboczeniem i czy wyniki analizy wytrzymałościowej, wykorzystującej wyłącznie analizę geometrycznie liniową, są prawidłowe. Oczywiście, przy zastosowaniu nieprawidłowego rozwiązania konstrukcyjnego, wyboczenie może łatwo wystąpić...
IDEA StatiCa Connection umożliwia przeprowadzenie liniowej analizy wyboczeniowej modelu złącza. Wyniki są przedstawiane w postaci postaci wyboczenia (buckling modes). Dla każdej postaci wyboczenia obliczane jest obciążenie krytyczne, przy którym dochodzi do wyboczenia idealnego modelu. Obciążenie krytyczne jest przedstawiane jako współczynnik obciążenia działającego na złącze. Na podstawie postaci wyboczenia i współczynnika obciążenia krytycznego użytkownik może określić bezpieczny projekt pod względem wyboczenia. Ogólne informacje na temat analizy wyboczeniowej w IDEA StatiCa można znaleźć w naszym dokumencie Theoretical background.
Szukasz informacji o analizie wyboczeniowej w aplikacji? Skorzystaj z poradnika dla EN lub dla normy AISC.
W przeciwieństwie do innych typów analiz, analiza wyboczeniowa nie dostarcza jednoznacznej odpowiedzi spełnia/nie spełnia. Wartości krytycznych współczynników obciążenia muszą być interpretowane na podstawie stosowanej normy. Ostatecznie to inżynier decyduje, czy wynik analizy jest zadowalający, czy nie. Zobacz odpowiednie fragmenty Theoretical Background: Analiza wyboczeniowa według Eurokodu oraz Analiza wyboczeniowa według AISC.
Wartość graniczna może się różnić w zależności od tego, czy postać wyboczenia dotyczy elementu konstrukcyjnego, czy dodatkowej blachy w połączeniu, która się wybocza. Ten temat jest przedstawiony w artykule: Wyboczenie globalne kontra wyboczenie lokalne. Co to oznacza?
Kolejny przykład przeprowadzonej analizy wyboczeniowej dla połączenia stężenia, wraz z interpretacją wyników, został przedstawiony w jednym z naszych webinarów Connection Wednesdays.
Porównania wyników IDEA StatiCa Connection z innymi narzędziami można znaleźć w przykładach weryfikacyjnych.
Wyboczenie elementów cienkościennych (kształtowanych na zimno)
W przypadku przekrojów cienkościennych sytuacja jest jeszcze bardziej skomplikowana...
IDEA StatiCa Connection jest przeznaczona głównie do oceny połączeń elementów walcowanych na gorąco, które nie są istotnie narażone na wyboczenie. Wykonywana jest analiza geometrycznie liniowa i materiałowo nieliniowa, ze względu na jej szybkie i stabilne obliczenia. Jednak ten typ analizy nie uwzględnia utraty stateczności. Jeśli musisz zbadać zachowanie stateczności, przeprowadzenie liniowej analizy wyboczeniowej może pomóc w wykryciu miejsc zagrożonych i dostarczyć współczynnik dla punktu bifurkacji Eulera.
Artykuł Elementy cienkościenne (kształtowane na zimno) zawiera listę ważnych czynników, które należy uwzględnić podczas analizy przekrojów cienkościennych w IDEA StatiCa. Temat ten jest również omówiony w nagraniu webinaru Thin-walled members – buckling issues.
- Przeprowadź liniową analizę wyboczeniową i dokładnie oceń każdą postać wyboczenia; pierwsze 5 przedstawionych postaci wyboczenia może nie być wystarczające.
- Nie należy polegać na plastyczności elementów cienkościennych, lecz ograniczyć naprężenie zredukowane von Misesa do granicy plastyczności lub nawet niższej wartości.
- Należy pamiętać, że wyboczenie lokalne, które nie jest uwzględnione, może inaczej redystrybuować siły wewnętrzne w komponentach.
- Należy pamiętać, że sztywność komponentów może się różnić w zależności od różnych form zniszczenia lub ich kombinacji.
- Należy pamiętać, że przedstawione sprawdzenia i szczegóły komponentów (np. śrub, spoin) są zgodne z wytycznymi dla standardowych elementów. Sprawdzenia normowe elementów cienkościennych mogą się różnić, a wtedy przedstawione testy nie są prawidłowe.
Ogólnie rzecz biorąc, IDEA StatiCa Connection może być używana do modelowania zachowania połączeń elementów cienkościennych (kształtowanych na zimno), jednak do pełnego sprawdzenia normowego należy zastosować inne narzędzia, a ostateczna decyzja powinna być podjęta na podstawie wniosków z kilku zastosowanych metod i procedur.
Wyboczenie elementu
Dwa lata temu IDEA StatiCa wprowadziła nową aplikację przeznaczoną do oceny zachowania wyboczeniowego całych elementów konstrukcyjnych. Zaawansowany i dobrze ugruntowany model CBFEM , znany z aplikacji Connection, został zaimplementowany w IDEA StatiCa Member, aby umożliwić przeprowadzanie różnych poziomów analiz. Za pomocą tego narzędzia można wykonać analizę geometrycznie i materiałowo nieliniową, uwzględniając nawet imperfekcje geometryczne.
Model analizy w Member udostępnia 3 typy analiz:
- MNA – analiza materiałowo nieliniowa (Materially Non-linear Analysis), do sprawdzenia naprężeń/odkształceń w przekrojach wzdłuż elementu.
- LBA – liniowa analiza wyboczeniowa (stateczność), oceniająca liniowe wartości własne i postacie własne (współczynniki krytyczne i postacie wyboczenia). Na podstawie tych wartości inżynier wybiera, którą z nich uwzględnić w nieliniowej analizie GMNIA, i wprowadza wartości imperfekcji geometrycznych.
- GMNIA – geometrycznie i materiałowo nieliniowa analiza z imperfekcjami (Geometrically and Materially Non-linear Analysis with Imperfections), oceniająca naprężenia/odkształcenia wzdłuż elementu w analizie materiałowo i geometrycznie (z uwzględnieniem imperfekcji) nieliniowej. Jako wartość graniczną dla sprawdzenia normowego przyjęto odkształcenie plastyczne równe 5%.
Aby zapoznać się z podstawami IDEA StatiCa Member, polecamy przeczytać IDEA StatiCa Member Theoretical background, aby lepiej zrozumieć jej możliwości. Oczywiście dostępnych jest kilka filmów przedstawiających możliwości tego narzędzia. Możesz zacząć od webinaru wprowadzającego: IDEA StatiCa Member – Solution for buckling.
Praktyczne poradniki dotyczące IDEA StatiCa Member pomogą Ci zacząć korzystać z aplikacji, zarówno od podstaw, jak i w ramach przepływu pracy BIM. Kilka ważnych zagadnień jest omówionych w nagraniu webinaru What to know before you start using IDEA StatiCa Member application? oraz w tych dwóch artykułach: Impact of boundary conditions i Imperfections.
Proces weryfikacji nowej aplikacji został zakończony, a wyniki badań opublikowano wspólnie z zespołami uniwersyteckimi. Możesz zapoznać się z kilkoma przykładami weryfikacyjnymi.
Podsumowanie
Podczas analizy problemów związanych z wyboczeniem konstrukcji budowlanej zawsze konieczne jest wykorzystanie inżynierskiego zmysłu i doświadczenia. Niemniej jednak IDEA StatiCa może w tym pomóc.
- Do sprawdzania połączeń stalowych służy IDEA StatiCa Connection, która umożliwia sprawdzenie nie tylko naprężeń/odkształceń, ale także najbardziej krytycznych postaci wyboczenia i odpowiadającego im obciążenia krytycznego.
- Stateczność globalną można analizować w IDEA StatiCa Member, która umożliwia inżynierom przeprowadzenie geometrycznie i materiałowo nieliniowej analizy z imperfekcjami w celu określenia postaci wyboczenia i współczynników krytycznych elementu konstrukcyjnego.
Obie aplikacje są dostępne w ramach 14-dniowej bezpłatnej wersji próbnej do przetestowania.
