Principii cheie ale
IDEA StatiCa Connection
Introducere
IDEA StatiCa Connection este un software de proiectare bazat pe Metoda Elementelor Finite pe Componente (CBFEM), destinat utilizării de către ingineri structuriști calificați, familiarizați cu proiectarea îmbinărilor metalice. Se bazează pe înțelegerea de către utilizatori a principiilor inginerești pentru a simula corect fiecare nod și a interpreta comportamentul rezultat în urma analizei cu elemente finite. Ca atare, nu este destinat să înlocuiască cunoștințele inginerești ale utilizatorului, ci să îmbunătățească capacitățile de proiectare ale acestuia prin valorificarea motorului CBFEM.
Acest ghid rezumă câteva elemente cheie ale software-ului și este recomandat să fie citit de toți utilizatorii IDEA StatiCa. Procedând astfel, utilizatorul va evita greșelile frecvente care pot conduce la rezultate eronate. Mai mult, sursele online din Centrul de Suport sunt actualizate constant cu informații noi despre utilizarea și principiile software-ului. Nu în ultimul rând, vă recomandăm cu tărie să citiți Fundamentele Teoretice și anexele naționale ale acestora.
IDEA StatiCa a fost dezvoltat pentru a modela și proiecta îmbinări metalice. În acest sens, îmbinarea trebuie să prezinte un singur nod identificabil în care converg toate elementele, indiferent cât de complexă poate fi această îmbinare. Vă rugăm să rețineți că excentricitățile mici ale unor elemente față de nod sunt luate în considerare de modelul cu Metoda Elementelor Finite și nu creează nicio problemă conceptului de nod fictiv.
Pe de altă parte, dacă în model pot fi identificate mai multe noduri, atunci aceasta poate fi clasificată probabil ca o structură, iar abordarea urmată de IDEA StatiCa ar putea fi inadecvată și poate conduce la rezultate eronate.
Inginerul trebuie să utilizeze raționamentul său ingineresc pentru a determina dacă o îmbinare poate fi considerată ca unul sau mai multe noduri și să utilizeze abordarea corespunzătoare.
Ca regulă generală, nodul din IDEA StatiCa trebuie să includă doar elementele care sunt incluse în software-ul de analiză globală, deoarece forțele din analiză vor include doar forțele pentru aceste elemente. Desigur, aceasta este supusă raționamentului ingineresc și poate varia de la caz la caz.
Efectele de încărcare sunt definite implicit la nodul fictiv. Utilizatorul poate modifica liber locația definiției încărcării pentru fiecare element în parte. Aceasta este o cerință pentru anumite cazuri, fie din cod (de ex. proiectarea plăcii de inimă conform AISC sau SCI), fie din specificațiile de proiectare.
Înainte de a utiliza această funcție, utilizatorul trebuie să fie conștient că diferite poziții ale încărcării produc rezultate diferite.
Este o practică obișnuită ca proiectanții să distribuie încărcările pentru proiectarea îmbinărilor sub formă de tabele de încărcare din rezultatele anvelopei, ceea ce înseamnă că componentele de tensiune nu sunt coexistente.
Aceste încărcări creează un câmp de tensiuni nerealist. În soluția noastră, această stare de tensiune nerealistă se reflectă în model și poate duce la cedări.
Vă rugăm să rețineți că aceasta nu este o particularitate a IDEA StatiCa, deoarece astfel de stări de tensiune ar produce cedări în modelul global de proiectare original dacă aceste componente maxime de tensiune ar fi aplicate simultan. Această problemă este agravată de numărul elementelor de îmbinare.
Pentru a evita această situație, se recomandă cu tărie utilizarea mai multor combinații pentru proiectele dumneavoastră, provenind din modelul global de proiectare original. Se știe că rezultatele pentru fiecare combinație sunt în echilibru în jurul nodurilor.
Utilizarea legăturilor noastre BIM face tranziția de la modelul global la proiectarea îmbinărilor simplă și fără erori.
În plus, IDEA StatiCa oferă o modalitate foarte simplă de a identifica orice forțe neechilibrate în modelul dumneavoastră, prin activarea butonului Loads in Equilibrium. Acestea sunt forțele care vor fi echilibrate de reacțiunile elementelor definite ca portante.
Semnul momentelor nu urmează convenția clasică din statică. Momentele urmează regula mâinii drepte în jurul axei locale a elementului.
Pentru a afișa axa locală a unui element, trebuie să activați butonul LCS din panoul de ribbon Labels.
Pentru a defini un moment pozitiv în jurul unei axe, utilizatorul trebuie să îndrepte degetul mare al mâinii drepte spre partea pozitivă a acestei axe. Curbura celorlalte degete reprezintă atunci o rotație care reflectă momentul pozitiv în jurul acestei axe.
Rețineți că legăturile BIM gestionează automat transformările necesare în timpul transferului de încărcări din software-ul de analiză.
IDEA StatiCa permite definirea diferitelor opțiuni de tip de model pentru elemente, fiecare influențând tipul de constrângere care va fi aplicat la capătul elementului (N-Vy-Vz-Mx-My-Mz reprezentând un capăt liber/neconstrâns). În esență, aceasta este utilizată pentru a se asigura că încărcarea aplicată corespunde comportamentului modelului global.
De exemplu, dacă un element de contravântuire este prevăzut să preia forțe axiale și forțe tăietoare, dar nu și momente, utilizarea unui model neconstrâns nu ar fi adecvată, deoarece elementul de contravântuire ar dezvolta un moment de-a lungul lungimii sale. Acest lucru poate fi prevenit prin utilizarea unui model N-Vy-Vz, unde constrângerile în sine vor prelua momentul (care va fi afișat ca Neconformitate în fila Verificare -> Analiză). Aceste constrângeri pot fi utilizate și pentru a asigura stabilitatea unui model dat, prin eliminarea unor grade de libertate. Un exemplu relevant este o îmbinare de contravântuire cu un singur șurub, unde elementul de contravântuire ar fi liber să se rotească în jurul axei șurubului. În acest caz, utilizarea unui tip de model adecvat previne apariția unui mecanism.
În general, dacă valoarea forțelor/momentelor preluate depășește semnificativ încărcarea aplicată (în funcție de raționamentul proiectantului), aceasta poate indica faptul că tipul de model ales nu este adecvat pentru îmbinare și ar putea conduce la un proiect neconservativ. În aceste cazuri, este recomandat să se selecteze un tip de model alternativ care să corespundă condițiilor de încărcare/rezemare așteptate sau să se utilizeze modelul neconstrâns N-Vy-Vz-Mx-My-Mz.
Alegerea tipului de model este, în general, supusă raționamentului proiectantului, deoarece constrângerile necesare vor depinde cel mai adesea de specificațiile proiectului și de condițiile de încărcare care trebuie simulate în model.
Exemplu de îmbinare de contravântuire cu un singur șurub, unde tipul de model trebuie să fie N-Vy-Vz, pentru a preveni apariția unui mecanism
Deși este posibil ca pentru îmbinările masive analiza de flambaj să nu fie critică, aceasta este considerată o parte integrantă a metodei CBFEM. Ca atare, este foarte recomandat să se efectueze analiza de flambaj după analiza standard Tensiune/Deformație, pentru a se asigura că limitele acesteia (a se vedea Baza Teoretică) sunt respectate și pentru a demonstra că rezistența estimată din analiza efort-deformație poate fi pe deplin dezvoltată.
În plus, flambajul componentelor îmbinării poate influența stabilitatea întregii structuri. În acest caz, putem spune că tipul modului de flambaj este global. În caz contrar, modul de flambaj este numit local.
Este foarte important de subliniat că diferite limite inferioare ale factorului critic (αcr, limit) sunt aplicabile pentru diferite tipuri de moduri de flambaj. Putem neglija flambajul global pentru elemente (inclusiv îmbinarea) în cazurile în care factorul de flambaj este mai mare de 15 (în cazul proiectării plastice) sau mai mare de 10 (în cazul în care tensiunea pe plăci se află pe ramura elastică).
Flambajul local se aplică plăcilor individuale (elemente de rigidizare, inima stâlpului), iar factorii de flambaj limită corespunzători sunt stabiliți conform codurilor de proiectare și experimentelor de cercetare. Efectele flambajului local sunt considerate neglijabile când factorul de flambaj este:
- ≥ 2 - în cazul unei plăci rezemate pe 4 laturi
- ≥ 3 - în cazul unei plăci rezemate pe 3 laturi
- ≥ 4 - în cazul unei plăci rezemate pe 2 laturi (adiacente)
- ≥ 15 - în cazul unei plăci rezemate pe 2 laturi (opuse)
Din păcate, tipul formei de flambaj este supus judecății inginerești și nu poate fi decis de software. Este responsabilitatea utilizatorului să decidă ce tip de flambaj se aplică modelului său, analizând formele deformate de flambaj.
Când adăugăm un element în model, lungimea acestuia este calculată automat de software pe baza înălțimii secțiunii transversale. Algoritmul de calcul face parte din metoda CBFEM și este calibrat pe baza rezultatelor numerice și experimentale.
Lungimea calculată a elementului asigură că difuzia corespunzătoare a tensiunilor va avea loc în conformitate cu metodologia CBFEM.
În cazul în care un element sau o modificare (găuri pentru șuruburi, crestături, deschideri etc.) este adăugată acestui element, software-ul va ajusta lungimea totală în mod corespunzător, pentru a menține o distanță față de discontinuitate.
Cu toate acestea, software-ul permite modificarea factorului implicit pentru calculul lungimii elementului, prin setările „Code setup", ceea ce influențează lungimea totală. Utilizatorilor li se recomandă cu tărie să lase această valoare la setarea implicită, deoarece astfel de modificări pot influența semnificativ rezultatele. Toate verificările noastre au fost efectuate cu setările implicite.
În cazuri rare, valorile implicite ale acestei setări pot conduce la o cedare care altfel nu s-ar produce. Exemple de scenarii rare ar putea fi: 1. grinzi cu înălțime excesivă (de ex. 1,5+ m), care duc la o distanță prea mare față de cea mai apropiată discontinuitate, sau 2. forță tăietoare localizată ridicată aplicată pe o secțiune de lungime redusă (de ex. o consolă scurtă care susține o grindă de rulare a unui pod rulant), pe care IDEA StatiCa ar modela-o, în mod implicit, mai lungă decât în realitate. Ambele cazuri ar genera momente încovoietoare mari la capătul încărcat.
Din acest motiv această setare este disponibilă, pentru a oferi utilizatorilor experimentați o anumită flexibilitate în gestionarea acestor cazuri rare în care o lungime redusă ar putea fi necesară.
În astfel de cazuri, în care este absolut clar că problema se datorează exclusiv lungimii elementului, utilizatorul va trebui să efectueze un studiu pentru a examina impactul oricărei reduceri a raportului adâncime/lungime a elementului asupra comportamentului modelului (câmpuri de tensiuni/deformații și forțe în diversele componente). Dacă rezultatele corespund, o reducere a parametrului poate fi posibilă, deși în unele modele aceasta poate fi necesară în corelație cu setările plasei de elemente finite.
Cu alte cuvinte, dacă utilizatorul decide să modifice această setare, trebuie să fie în măsură să justifice corespunzător această decizie, referindu-se la rezultatele unui studiu asociat care demonstrează că reducerea nu a influențat rezultatele în componentele îmbinării.
Din acest motiv, recomandăm să luați legătura cu echipa noastră de suport înainte de a modifica oricare dintre acești parametri critici.
Exemplu de studiu care demonstrează o reducere a raportului lungime/adâncime a elementului fără impact semnificativ asupra câmpului de tensiuni și a încărcării componentelor.
Este important de știut că diferite coduri utilizează convenții diferite pentru definirea sudurii. Codul american, de exemplu, utilizează lungimile piciorului de sudură, în timp ce Eurocodul utilizează grosimile de gât pentru calcul. Această convenție este respectată pe tot parcursul proiectului, inclusiv în raportul de ieșire și în desene.
Prin urmare, este responsabilitatea utilizatorului să ajusteze dimensiunile sudurilor atunci când este necesar, pentru a le comunica terților (de exemplu, fabricanților) care utilizează convenții diferite.
IDEA StatiCa Connection este un instrument dedicat în principal evaluării îmbinărilor elementelor laminate la cald, care nu sunt afectate semnificativ de flambaj. Se efectuează o analiză geometric liniară și material neliniară datorită calculului rapid și stabil. Cu toate acestea, acest tip de analiză nu ține cont de pierderea stabilității pentru fiecare pas de calcul, deoarece analiza de flambaj este liniară, în timp ce pierderea stabilității necesită efectuarea unei analize geometric neliniare.
Dacă insistați să utilizați IDEA StatiCa Connection pentru verificarea îmbinărilor elementelor cu pereți subțiri (formate la rece), asigurați-vă că sunteți un utilizator experimentat al software-ului și fiți pregătit să aplicați cu atenție raționamentul ingineresc cel puțin pentru următoarele aspecte:
- Efectuați analiza liniară de flambaj și evaluați cu atenție fiecare formă de flambaj. Rețineți că primele 5 forme de flambaj calculate pot să nu fie suficiente.
- Nu vă bazați pe plasticitatea elementelor cu pereți subțiri și, în schimb, limitați tensiunea von Mises la limita de curgere sau chiar mai jos, dacă este necesar.
- Rețineți că dezvoltarea flambajului local, care nu este luat în considerare în fiecare pas de calcul, poate redistribui diferit forțele interioare în componente.
- Rețineți că rigiditatea componentelor poate diferi, din cauza diferitelor moduri de cedare sau a combinației acestora.
- Rețineți că verificările prezentate și alcătuirea constructivă a componentelor (de ex. șuruburi, suduri) respectă prevederile codului aplicabile elementelor laminate la cald. În cazul în care prevederile relevante ale codului pentru elementele cu pereți subțiri sunt diferite, verificările furnizate nu le sunt aplicabile.
În IDEA StatiCa Connection, utilizatorul este liber să modeleze topologii de îmbinare care anterior nu puteau fi proiectate. Gama de instrumente disponibile și diferitele tipuri de analiză (flambaj, rigiditate etc.) oferă o înțelegere mult mai profundă a comportamentului îmbinărilor proiectate față de metodele anterioare.
Este responsabilitatea utilizatorului să învețe, să înțeleagă și să aplice aceste instrumente în proiectele sale, în special dacă decide să se abată de la topologiile de îmbinare consacrate și testate.
Trebuie să fie clar că IDEA StatiCa nu poate „corecta" erorile de proiectare conceptuală. Deși poate contribui la prevenirea acestora, prin aplicarea corectă a setului de instrumente disponibile.
O îmbinare conceptual greșită, cu rândul superior lipsă, pare să treacă toate verificările conform codului, însă prin utilizarea instrumentului Deformed shape, sunt evidențiate deformații excesive și concentrări de deformații plastice. Aceasta poate cauza probabil probleme la starea limită de serviciu, fără însă a produce o cedare catastrofală (cum ar fi o fractură).
