Base de conhecimento

CBFEM solver atualizado

Steel

Connection

Member

EN (Eurocode)

CBFEM

AISC (USA)

GMNA

Tubes

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Traduzido por IA a partir do inglês

O artigo seguinte detalha as melhorias no solver CBFEM para as aplicações IDEA StatiCa Connection e Member. São abordadas as deformações da secção transversal de perfis ocos e as iterações numéricas do cálculo.

O solver de cálculo é o núcleo do CBFEM.

Estamos constantemente a melhorar e a aperfeiçoar este método numérico. Na versão 21, concluímos vários anos de desenvolvimento na área da não linearidade geométrica e das grandes deformações, incluindo imperfeições iniciais (GMNIA). Isto permitiu-nos passar a aplicação Member de versão beta para versão definitiva.

Sempre que as verificações de elementos na aplicação de análise 3D por elementos finitos não são suficientes para os nossos utilizadores, o Member está agora disponível. Os elementos são agora completamente modelados, incluindo as ligações de extremidade, o que é vantajoso para o projetista e liberta-o da necessidade de estimar os efeitos das ligações de extremidade na capacidade de carga e na perda de estabilidade. O Member consegue lidar com a influência de enrijecedores transversais e longitudinais, aberturas, variações na altura da secção transversal, bem como com a influência de elementos secundários ligados. O efeito da torção e do empenamento não constitui problema para este método.

Ao mesmo tempo, o método GMNIA contribui significativamente para o refinamento dos modelos de ligação na aplicação Connection. É agora utilizado em todas as ligações de secções transversais ocas – tubos circulares e retangulares. De acordo com as normas, as ligações de tubos são verificadas com base em fórmulas empíricas, cuja validade está limitada a determinadas condições geométricas. A conformidade destas fórmulas com a realidade é bastante questionável, especialmente nas extremidades dos intervalos de validade. O método GMNIA melhorado apresenta uma conformidade muito boa com as fórmulas normativas, especialmente nas partes centrais dos intervalos de validade. Nas partes marginais, foi exaustivamente validado com modelos matemáticos avançados (ABAQUS) e ensaios físicos.

Qualquer alteração no modelo numérico implica necessariamente uma alteração nos resultados. Isso também se reflete na versão 21 e, na grande maioria dos casos, a diferença situa-se dentro de unidades percentuais.

Além disso, a melhoria do modelo manifesta-se também numa aceleração significativa do cálculo, na ordem dos 30%.

Lançado em IDEA StatiCa versão 21.0.

Solver GMNIA

O solver utilizado para as ligações de secções ocas no IDEA StatiCa Connection e também para o GMNIA no IDEA StatiCa Member foi melhorado. Agora, contém uma formulação não linear não só dos elementos de casca (que já estava presente em versões anteriores), mas também das ligações e restrições utilizadas nos componentes, como parafusos ou soldaduras.

O modelo da ligação é significativamente melhorado pela inserção de um superelamento condensado. Este elemento é adicionado após a extremidade do elemento e possui as mesmas propriedades que o modelo elástico de casca do elemento. É apenas um elemento, mas permite que qualquer deformação elástica e tensão se desenvolva nas extremidades do elemento. Por este motivo, a parte do elemento constituída por elementos de casca pode ser mais curta e ainda assim melhorar o comportamento do modelo.

Foi adicionado um superelamento condensado nas extremidades dos elementos

Isto permite encurtar a parte do modelo onde são utilizados elementos de casca e ainda assim aumenta a precisão do modelo. O resultado é um menor número de elementos no modelo, conduzindo a um tempo de cálculo mais rápido e a uma melhor visualização dos resultados.

Deformações da secção transversal na extremidade do modelo de casca

Esta é a principal razão pela qual a alteração foi efetuada. A secção transversal pode deformar-se nas extremidades de um modelo constituído por elementos de casca. As ligações de secções ocas requerem elementos relativamente longos – até 10 vezes o diâmetro da secção transversal. Ao introduzir o superelamento condensado após a parte do modelo constituída por elementos de casca, o cálculo é muito mais rápido com a mesma precisão.

Lançado em IDEA StatiCa versão 21.0.

Resistência à flexão da casca reduzida para secções ocas (imperfeições)

As resistências de carga das ligações de secções ocas nas normas são determinadas pelo Método dos Modos de Rotura, que utiliza modelos de ajuste de curvas determinados a partir de ensaios e modelos numéricos avançados. A estrutura real contém imperfeições iniciais e tensões residuais, que não são capturadas pelos modelos de casca no IDEA StatiCa Connection. Para obter uma conformidade mais próxima com os resultados das normas, a influência das tensões residuais e das imperfeições iniciais foi introduzida nos modelos do IDEA StatiCa através da redução da resistência à flexão das cascas de secções ocas com uma relação D/(2t) elevada.

Estas alterações combinadas permitiram-nos alcançar uma conformidade próxima com os resultados do Método dos Modos de Rotura contido nas normas de dimensionamento.

Lançado em IDEA StatiCa versão 21.0.

Cálculo por passos para GMNIA no Member

O parâmetro Número de passos de carga para análise GMNIA foi adicionado às Definições do projeto no Member para melhorar a estabilidade e a segurança nos cálculos não lineares de elementos. A carga total é dividida em passos incrementais (10 por defeito), reduzindo o risco de o solver convergir para um ramo estável não pretendido da curva carga-deformação. Esta abordagem por passos garante uma progressão de carga mais suave, um rastreamento do equilíbrio mais preciso e uma previsão mais segura da resistência última em análises geométrica e materialmente não lineares.