Aplicația Stability - soluție pentru structurile sensibile la stabilitate

Flambajul este rareori o proprietate a unui element izolat. Acesta depinde de rigiditatea structurii înconjurătoare, de condițiile de margine, de poziția încărcării, de imperfecțiuni și, în mod esențial, de comportamentul real al îmbinărilor.

Aplicația Stability reunește toate aceste aspecte. Inginerii pot modela partea relevantă a structurii, pot verifica sistemul static, pot proiecta și verifica îmbinările, pot identifica formele critice de flambaj, pot introduce imperfecțiuni și pot efectua analize neliniare geometric și material cu imperfecțiuni (GMNIA), toate într-un singur flux de lucru conectat.

În loc să estimeze lungimea de flambaj pentru un element izolat, inginerul poate analiza modul în care elementul va flamba efectiv ca parte a structurii.

Soluția răspunde următoarelor sarcini principale:

• Verificarea unui element din oțel la care flambajul, și nu rezistența, determină dimensionarea.
• Proiectarea și verificarea îmbinărilor acelui element în cadrul aceluiași proiect.
• Verificarea elementelor și a substructurilor la rezistența la stabilitate.
• Generarea unui singur raport care cuprinde structura și îmbinările acesteia.

Navigare rapidă:

• Crearea modelului
• Elemente CBFEM
• Forme de flambaj
• Fluxul de lucru Checkbot

Modelați structura din jurul elementelor analizate

O analiză de stabilitate fiabilă începe cu un model structural adecvat.

• În Stability, inginerul lucrează cu o substructură, nu cu un element izolat. Elementele, nodurile, reazemele, articulațiile, excentricitățile, încărcările și combinațiile sunt definite direct în scena 3D și rămân editabile pe parcursul întregului proces de proiectare.
• Proiectele pot porni de la un model gol, de la un șablon pregătit sau de la un import dintr-un instrument FEA. Elementele pot fi adăugate, eliminate, divizate sau repoziționate fără a reconstrui întregul proiect.
• Ghidajele de urmărire și cele ortogonale permit crearea geometriei structurale direct în scenă. Distanțele repetitive pot fi introduse folosind un multiplicator.
• Nodurile dublate prin coincidență sunt îmbinate automat pentru a menține conectivitatea modelului structural.

Reazemele și articulațiile de la capetele elementelor sunt vizibile direct în scenă, iar gradele de libertate individuale pot fi editate. Astfel, modelul poate fi inspectat înainte de efectuarea oricărei analize de stabilitate avansate.

O analiză liniară furnizează reacțiuni, eforturi secționale și deformații, permițând inginerului să compare răspunsul structurii cu rezultatele așteptate înainte de a continua fluxul de lucru.

Astfel, inginerul poate verifica dacă sistemul static analizat este cel pe care a intenționat să îl creeze.

Aflați mai multe despre cum se creează un model structural în aplicația Stability în acest articol. 

Încărcările așa cum există în modelul structural

Stability lucrează cu cazuri de încărcare și combinații de încărcări, inclusiv cu greutatea proprie automată. Combinațiile sunt definite ca SLU sau SLS.

Utilizatorul poate alege între încărcări punctuale și liniare, care se aplică elementelor.

Pentru elementele modelate cu elemente de tip shell, poziția încărcării este importantă. Prin urmare, o încărcare poate acționa pe axa elementului sau pe una dintre fețele acestuia, inclusiv cu excentricitate și lățime încărcată.

Același principiu se aplică geometriei elementului. Excentricitățile de la început și de la sfârșit pot fi definite independent, ceea ce permite reprezentarea elementelor al căror aliniament fizic se modifică între capete.

Rezultatul este un model structural care poate fi verificat mai întâi pe baza rezultatelor familiare ale analizei liniare și apoi utilizat în mod consecvent pentru analizele avansate care urmează.

Aflați pas cu pas cum se definesc încărcările în Stability în acest articol.

Transformați elementul critic într-un model CBFEM

Nu fiecare element al substructurii necesită un model detaliat cu elemente finite.

Stability păstrează structura înconjurătoare sub formă de elemente 1D, permițând inginerului să selecteze partea critică și să o convertească într-un element CBFEM modelat cu elemente finite de tip shell.

Partea CBFEM a modelului poate fi alcătuită dintr-unul sau mai multe elemente, iar această selecție rămâne editabilă. Restul structurii modelate rămâne sub formă de elemente 1D, cu doar tronsoanele scurte necesare pentru proiectarea îmbinărilor. Astfel, se obține detaliere acolo unde este necesar, iar restul sistemului structural rămâne simplu.

Găsiți mai multe informații despre definirea elementelor CBFEM în Stability în acest articol.

Îmbinările reale devin parte a modelului de stabilitate

Crearea unui element CBFEM identifică automat nodurile acestuia ca îmbinări.

Într-un proiect Stability independent, aceste îmbinări pot fi deschise direct în IDEA StatiCa Connection și proiectate folosind operațiile familiare pentru plăci, șuruburi, suduri, elemente de rigidizare și alte componente ale îmbinării.

Verificarea îmbinării utilizează încărcările SLU calculate prin analiza liniară 1D din Stability. Nu este necesar un transfer de forțe între modelul structural și modelul îmbinării.

Dacă analiza 1D nu a fost încă efectuată, utilizatorul primește o notificare privind rezultatele lipsă.

Pentru structurile cu rosturi repetitive, o îmbinare deja proiectată poate fi reutilizată prin Recent connections.

Astfel se elimină un decalaj important între stabilitatea elementului și proiectarea îmbinării. Analiza nu mai trebuie să se bazeze exclusiv pe ipoteza unui rost idealizat atunci când îmbinarea reală este proiectată separat.

În schimb, îmbinarea care transferă forțele poate fi proiectată, verificată și apoi reprezentată prin rigiditatea sa reală în analiza de stabilitate.

Verificați structura înainte de a căuta instabilitatea

Înainte de analizele de stabilitate se efectuează o analiză neliniară material (MNA). Scopul este simplu: să se verifice dacă structura, inclusiv îmbinările proiectate,can poate prelua 100% din încărcarea aplicată.

Astfel se creează o succesiune logică de verificări:

model structural → transfer al încărcărilor → proiectarea îmbinărilor → MNA → analiza de stabilitate

Prin urmare, inginerul abordează evaluarea stabilității cu un sistem structural a cărui geometrie, încărcare, condiții de margine și îmbinări au fost deja verificate.

Aflați cum se proiectează îmbinările în aplicația Stability în acest articol.

Forme de flambaj - vedeți cum flambează structura

Următorul pas este o analiză liniară de flambaj (LBA).

În loc să ceară inginerului să anticipeze un mod de flambaj sau să determine în prealabil o lungime de flambaj efectivă, Stability calculează formele de flambaj ale substructurii modelate.

Fiecare formă este vizualizată direct pe structură, împreună cu factorul critic de încărcare α_cr.

Aceasta oferă atât un rezultat numeric, cât și o imagine tehnică a instabilității: inginerul poate vedea dacă comportamentul determinant este global, la nivel de element sau local și în ce mod participă structura înconjurătoare.

Deoarece analiza se efectuează pe substructura modelată, aceasta ia în considerare reazemele reale și rigiditatea îmbinărilor proiectate.

Prin urmare, factorul critic de încărcare poate fi utilizat pentru a obține N_cr, M_cr și lungimea de sistem corespunzătoare, pentru utilizare într-un model structural global. De asemenea, ajută la stabilirea dacă efectele de ordinul doi pot fi neglijate în analiza globală.

Dacă factorul critic de încărcare scade sub 1,0, încărcarea aplicată depășește deja încărcarea critică elastică a sistemului analizat – o situație indicată clar în rezultate.

De la formele de flambaj la imperfecțiuni

Un model numeric perfect nu flambează ca o structură reală. Prin urmare, analiza avansată de stabilitate necesită imperfecțiuni.

Stability face definirea acestora vizibilă, în loc să o lase o simplă dată de intrare numerică abstractă.

Imperfecțiunile globale pot fi introduse ca o înclinare sau pot fi derivate din formele de flambaj calculate prin LBA. Formele disponibile sunt însoțite de factorii lor critici și de indicatori care ajută inginerul să le evalueze relevanța.

Formele de flambaj selectate pot fi combinate cu ponderi și amplitudini definite de utilizator.

Cel mai important, geometria imperfectă rezultată este afișată direct în scena 3D, în milimetri, înainte de pornirea GMNIA.

Astfel, inginerul poate inspecta nu doar mărimea imperfecțiunii, ci și direcția și forma combinată a acesteia.

Acest lucru este deosebit de important atunci când mai multe imperfecțiuni interacționează. O formă de flambaj nu are, în sine, o orientare pozitivă sau negativă, în timp ce direcția aleasă poate influența rezistența finală. Vizualizarea geometriei rezultate înainte de calcul face această decizie de inginerie explicită.

Citiți mai multe despre imperfecțiuni în aplicația Stability.

GMNIA fără determinarea lungimilor de flambaj

După definirea imperfecțiunilor, Stability efectuează analiza neliniară geometric și material cu imperfecțiuni (GMNIA).

Aceasta este calea metodei avansate către evaluarea stabilității: în loc să se determine lungimile de flambaj și apoi să se aplice o formulă de stabilitate a elementului, se calculează direct răspunsul neliniar al structurii imperfecte.

Rezultatele includ verificarea deformațiilor, precum și componentele de tensiune, deformație specifică și deformație.

Analiza oferă, de asemenea, setări pentru reducerea rigidității conform codului de proiectare selectat și o limită de rotire pentru flambajul lateral-torsional. Reducerea rigidității afectează numai GMNIA; MNA și LBA rămân neafectate.

Fluxul de lucru separă, prin urmare, trei întrebări de inginerie distincte:

MNA: Poate structura detaliată și îmbinările acesteia să preia încărcarea aplicată?

LBA: Cum tinde să flambeze structura și la ce factor critic de încărcare?

GMNIA: Satisface structura imperfectă evaluarea stabilității prin metoda avansată de analiză?

Fiecare analiză are propriile rezultate și un status explicit OK / NOT OK, astfel încât concluzia nu trebuie dedusă dintr-un set de tabele de rezultate.

Raportul final poate cuprinde analiza structurală și, atunci când este necesar, poate include verificările îmbinărilor în același document.

Aflați mai multe despre toate tipurile de analiză din Stability în acest articol.

Treceți direct de la modelul FEA global prin Checkbot

În multe proiecte, elementul care necesită o verificare de stabilitate există deja într-un model FEA global.

Nu există niciun motiv să fie construit din nou.

Prin urmare, Stability este integrat cu IDEA StatiCa Checkbot. O substructură relevantă poate fi preluată din modelul global importat și deschisă direct în Stability, împreună cu geometria, alinierea secțiunilor transversale, excentricitățile elementelor, cazurile de încărcare, combinațiile și îmbinările.

Etapa de modelare este omisă, iar proiectul Stability se deschide direct în etapa Design (nu este necesară modelarea structurii 1D; prin urmare, fila Model nu este vizibilă).

Acest lucru reduce transcrierea manuală între analiza globală și evaluarea detaliată a stabilității – și, odată cu aceasta, riscul ca modelul verificat să difere de modelul care a generat eforturile.

Există o dată de intrare importantă din punct de vedere tehnic care rămâne în responsabilitatea utilizatorului: reazemele de la limita substructurii extrase. Aceste condiții de margine reprezintă constrângerea oferită de structura înconjurătoare și pot influența semnificativ rezultatul stabilității. Prin urmare, ele trebuie definite și verificate de inginer.

Mai întâi îmbinările, apoi stabilitatea

Atunci când Stability este lansat din Checkbot, proiectarea îmbinărilor rămâne gestionată de Checkbot.

Îmbinările sunt proiectate mai întâi acolo, păstrându-se grupurile de îmbinări și relația cu modelul structural importat. Stability citește apoi aceste proiectări și utilizează rigiditatea lor în evaluarea stabilității, fără a le modifica.

Fluxul de lucru este, așadar, simplu în mod intenționat:

Importul modelului FEA global → proiectarea îmbinărilor în Checkbot → selectarea substructurii → deschiderea Stability → definirea reazemelor de margine → rularea verificării de stabilitate.

Checkbot păstrează statusul analizelor, inclusiv MNA, factorul critic LBA, GMNIA și verificările plăcilor, oferind inginerului o imagine de ansamblu asupra proiectelor de stabilitate care au fost deja verificate.

Iar atunci când substructura importată nu este suficientă pentru sarcina respectivă, proiectul poate fi exportat într-un Stability independent. Acolo, fila Model completă devine din nou disponibilă, permițând inginerului să extindă sau să modifice structura și să continue analiza independent.

De la un element izolat la sistemul structural real

Stability schimbă întrebarea din spatele verificării stabilității unui element – în loc să se întrebe:

„Ce lungime de flambaj ar trebui să presupun pentru acest element?”

...inginerul poate investiga:

„Cum flambează acest element ca parte a structurii care îl constrânge în realitate?”

Modelarea editabilă a substructurii, elementele CBFEM, îmbinările verificate conform codului, rigiditatea reală a îmbinărilor, formele de flambaj LBA, imperfecțiunile vizibile și GMNIA sunt reunite într-un singur flux de lucru – de la modelul structural până la raportul final.

Acesta este scopul noii aplicații Stability din IDEA StatiCa 26.1: de a analiza elementele predispuse la flambaj ca parte a structurii căreia îi aparțin în realitate.