Superelemnte condensate - invizibile dar esențiale

Până la lansarea versiunii 21, nu existau multe modalități de a modela conexiunile elementelor de oțel mai realist decât utilizând aplicația IDEA StatiCa. Totuși, existau situații în care valorile tensiunilor la margine erau inexacte și nu corespundeau comportamentului real al elementelor de oțel. Nu era ușor să găsești modalitatea corectă de a te concentra pe proiectarea conexiunii, de a rezolva doar zona apropiată de nodul structural și, în același timp, de a ține cont de comportamentul restului elementelor conectate. 

Dar echipa de dezvoltare a reușit să găsească soluția. Aceștia au extins modelul drastic prin adăugarea unor părți ale elementelor care nu sunt vizibile, dar sunt esențiale pentru întregul model. Aceste părți se numesc superelemnte condensate și fac toată munca grea pentru îmbunătățirea comportamentului. 

Această schimbare asigură că capetele elementelor vizibile în scena modelului nu sunt deloc capete. În versiunile anterioare, secțiunile de capăt erau fixate în planul lor și adesea puteau apărea vârfuri de tensiune nerealistice. Acum, acestea se pot deplana – se pot deforma nu doar în planul secțiunii transversale, ci și perpendicular pe acest plan.

În special pentru conexiunile cu secțiuni tubulare, rezultatele arată o mai bună conformitate cu testele experimentale și formulările codurilor de proiectare.

Pe de altă parte, această schimbare înseamnă și că vârfurile de tensiune localizate inițial în secțiunile de capăt pot și vor migra mai aproape de nodul de conexiune. În unele cazuri, elementele de conexiune pot fi expuse la forțe mai mari în „era superelemntelor condensate".  

Trei beneficii pentru dvs.

Această îmbunătățire aduce și efecte secundare foarte convenabile – cioatele de element simulate prin elemente de tip coajă pot fi acum mai scurte. Principalele beneficii ale acestei schimbări sunt:  

• Timpi de calcul cu 30% mai rapizi în medie 
• Vizualizare mai rapidă a rezultatelor 
• Modelare mai precisă a conexiunilor cu secțiuni tubulare  

Alte caracteristici noi și îmbunătățiri introduse în versiunea 21 sunt specificate în detaliu în Notele de lansare.

Noile lungimi ale elementelor

Utilizatorii noștri sunt obișnuiți cu lungimile implicite ale elementelor din modelul de proiectare a conexiunilor. Acestea depindeau de tipul secțiunii transversale (tubulară / deschisă).

Acum lungimea implicită este setată la aceeași valoare de 1,25 x cea mai mare dintre dimensiunile exterioare ale secțiunii transversale pentru ambele tipuri. Lungimea superelemntelor condensate este de 4 x cea mai mare dintre dimensiunile exterioare ale secțiunii transversale pentru analiza standard tensiune-deformație. Deoarece am dorit să păstrăm formele proprii de flambaj în interiorul plăcilor interne ale conexiunii și nu în elemente, lungimea superelemntelor pentru analiza liniară de flambaj și rigiditate este setată la 0,5 x cea mai mare dintre dimensiunile exterioare ale secțiunii transversale.

Deși aceste modificări au fost realizate inițial pentru îmbunătățirea conexiunilor cu secțiuni tubulare, ele au ajutat și alte tipuri de conexiuni să se apropie mai mult de comportamentul real.

S-ar putea să vă întrebați care sunt consecințele principale? Fără îndoială, vor apărea unele modificări ale rezultatelor între versiuni. În marea majoritate a conexiunilor, diferențele în rezultate sunt sub 1%. 

Cazurile cu diferențe mai mari evidențiază subiectul în care practica se ciocnește cu teoria. Acest subiect este legat de efectele de torsiune asupra profilelor cu secțiune deschisă. Din mai multe motive, aceste efecte sunt neglijate de inginerii structuriști și nu sunt nici încorporate în aplicațiile de analiză globală FEM.  

Efectele de torsiune

Ei bine, nu este știință de rachetă, dar nici nu trebuie să fie evident. Deci, să aducem puțină teorie:

În funcție de tipul secțiunii transversale deschise, condițiile la limită ale elementului și tipul de încărcare, pot apărea două tipuri de comportament la torsiune, luând în considerare ipoteza lui Vlasov: 

• Pură (St.Venant) torsiune 
• Torsiune mixtă combinată din torsiune pură și torsiune de încovoiere
  • torsiunea pură este caracterizată de forța internă T_t (momentul de torsiune pură) cu tensiunea de forfecare pură rezultantă τ_t 
  • torsiunea de încovoiere este caracterizată de forțele interne B (bimoment) și T_w (momentul de torsiune de încovoiere) cu tensiunea normală (longitudinală) de încovoiere rezultantă σ_w și tensiunea de forfecare de torsiune de încovoiere τ_w

În IDEA StatiCa Connection versiunea 21.0, încovoierea era restricționată de constrângerile multipunct care conectau nodul cu capătul grinzii. Aceste constrângeri sunt utilizate pentru a impune încărcări în model. Noul superelement condensat împinge restricțiile mai departe și elementul poate să se deformeze. Aceasta rezultă într-un bimoment mai mare în conexiune. 

Aici puteți vedea câteva exemple de conexiuni, unde aceste modificări au dus la rezultate semnificativ diferite: 

Ciotul de grindă sub torsiune

Conexiune grindă-grindă cu placă de capăt pe o singură parte

Conexiune grindă-stâlp

Când vă confruntați cu astfel de cazuri, mai ales dacă comparați rezultatele între versiuni, trebuie să țineți cont că modelele de calcul nu sunt identice. Elementele sunt mai lungi și rigiditatea conexiunii este mai mică. Prin urmare, diferențele în rezultate pot fi de așteptat în unele elemente de conexiune.

Dar aveți întotdeauna câteva opțiuni de verificat pentru a evita rezultate incorecte. Începând cu versiunea 21, este mai important ca niciodată să utilizați funcția „Încărcări în echilibru". 

S-ar putea să doriți adesea să verificați modelul de conexiune creat în versiunea mai veche în cea mai recentă. Atunci nu trebuie să uitați să setați parametrii din Configurarea codului la noile valori implicite, pentru a nu amesteca merele cu perele.

Cu toate acestea, dacă doriți să fiți 100% sigur că aplicația dvs. IDEA StatiCa versiunea 21.0 funcționează cu cele mai bune date posibile, atunci modelați întregul model de calcul în versiunea 21 de la zero.

Dacă sunteți interesat de fundamentele teoretice din spatele îmbunătățirilor introduse în versiunea 21, puteți găsi informații foarte utile și bine pregătite de specialiștii noștri în acest articol din baza de cunoștințe.