การปรับปรุงแบบจำลองการวิเคราะห์ใน IDEA StatiCa เวอร์ชัน 21.0

แบบจำลองของการเชื่อมต่อได้รับการปรับปรุงอย่างมากโดยการแทรกองค์ประกอบแบบย่อ องค์ประกอบนี้ถูกเพิ่มไว้ด้านหลังปลายชิ้นส่วนและมีคุณสมบัติเดียวกับแบบจำลอง Shell Element แบบยืดหยุ่นของชิ้นส่วน เป็นเพียงองค์ประกอบเดียวแต่ช่วยให้เกิดการเสียรูปและความเค้นแบบยืดหยุ่นได้ที่ปลายชิ้นส่วน ด้วยเหตุนี้ ส่วนของชิ้นส่วนที่ประกอบด้วย Shell Element อาจสั้นลงและยังช่วยปรับปรุงพฤติกรรมของแบบจำลองได้ด้วย ความยาวเริ่มต้นของหน้าตัดแบบเปิดและแบบกลวงที่จำลองด้วย Shell Element ลดลงเหลือ 1.25 × ขนาดภายนอกที่ใหญ่กว่าของหน้าตัด ความยาวขององค์ประกอบแบบย่อคือ 4 × ขนาดภายนอกที่ใหญ่กว่าของหน้าตัด (Superelement ไม่ปรากฏให้ผู้ใช้เห็น) ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือสำหรับการวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้นและการวิเคราะห์ความแข็งแกร่ง ซึ่งความยาวขององค์ประกอบแบบย่อคือ 0.5 × ขนาดภายนอกที่ใหญ่กว่าของหน้าตัด เหตุผลคือเพื่อให้รูปแบบการโก่งเดาะอยู่ในแผ่นภายในของการเชื่อมต่อมากกว่าในชิ้นส่วน 

ประโยชน์หลักของการเปลี่ยนแปลงนี้ได้แก่:  

• เวลาการคำนวณเร็วขึ้น 30% (โดยเฉลี่ยจากโครงการจำนวนมาก) 
• การแสดงผลลัพธ์เร็วขึ้น 
• การจำลองการเชื่อมต่อของหน้าตัดกลวงที่แม่นยำยิ่งขึ้น  

การเปลี่ยนแปลงนี้เดิมทำขึ้นเพื่อปรับปรุงการวิเคราะห์การเชื่อมต่อของหน้าตัดกลวง แต่ประโยชน์ที่ได้รับนั้นมีสำหรับแบบจำลองทั้งหมด 

ผลที่ตามมาหลักคืออะไร? ผลลัพธ์บางส่วนเปลี่ยนแปลงระหว่างเวอร์ชัน อย่างไรก็ตาม IDEA StatiCa ดำเนินการทดสอบอัตโนมัติจำนวนมาก ในกรณีส่วนใหญ่ ความแตกต่างของผลลัพธ์อยู่ต่ำกว่า 1% อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีความแตกต่างมีมากกว่านั้น กรณีเหล่านี้ได้แก่:

หน้าตัดเสียรูปที่ปลายของแบบจำลอง Shell 

ผลกระทบนี้เป็นเหตุผลหลักที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลง หน้าตัดอาจเสียรูปที่ปลายของแบบจำลองที่ประกอบด้วย Shell Element ในขณะนี้ จุดต่อของหน้าตัดกลวงต้องการชิ้นส่วนที่ยาวพอสมควร – สูงสุดถึง 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัด มิฉะนั้น เงื่อนไขขอบเขตอาจส่งผลต่อความต้านทานแรงของจุดต่อ การแนะนำองค์ประกอบแบบย่อไว้ด้านหลังส่วนของแบบจำลองที่ประกอบด้วย Shell Element ทำให้การคำนวณเร็วขึ้นมากโดยมีความแม่นยำเท่าเดิม 

โปรดทราบว่าองค์ประกอบแบบย่อมีเฉพาะคุณสมบัติยืดหยุ่นเท่านั้น ความเครียดพลาสติกไม่ควรถึงปลายชิ้นส่วน มิฉะนั้นอาจส่งผลต่อความต้านทานของการเชื่อมต่อ 

ชิ้นส่วนสั้นที่สั้นลงไม่คราก (Yield) ที่ปลาย

นี่เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นกับ เช่น Console ของเสาที่รับแรงเฉือนอย่างหนักจากแรงที่อยู่ใกล้กับการเชื่อมต่อมาก การมีชิ้นส่วนที่สั้นลงทำให้โมเมนต์ดัดที่ปลายชิ้นส่วนลดลง

หากชิ้นส่วนสั้นยังคงวิบัติจากการดัด ทางเลือกอื่นคือการจำลองชิ้นส่วนด้วยชิ้นส่วนเสริมความแข็งและใช้ชิ้นส่วนสมมติเพื่อใช้แรงเฉือน 

การบิด  

การโก่งตัวถูกยับยั้งโดยข้อจำกัดหลายจุดที่เชื่อม Node กับปลายคาน ข้อจำกัดเหล่านี้ใช้เพื่อกำหนดแรงกระทำในแบบจำลอง ในขณะนี้ องค์ประกอบแบบย่อผลักข้อจำกัดออกไปไกลขึ้นและชิ้นส่วนสามารถเสียรูปได้ ส่งผลให้เกิดไบโมเมนต์ (โมเมนต์การโก่งตัว) ที่ใหญ่ขึ้นในการเชื่อมต่อ 

นี่มักเป็นกรณีของจุดต่อด้านเดียวของคานรองกับคานหลัก โปรดทราบว่าการออกแบบชิ้นส่วนต้องดำเนินการที่อื่น และไบโมเมนต์ที่เกิดจากการโก่งตัวมักถูกละเลยโดยซอฟต์แวร์ต่างๆ แต่ต้องนำมาพิจารณาด้วย ความต้านทานการโก่งตัวของชิ้นส่วนหน้าตัดเปิดนั้นต่ำอย่างน่าแปลกใจ

การโหลดแบบง่าย / แรงกระทำในสมดุล 

เมื่อใช้การโหลดแบบง่ายและเลือกชิ้นส่วนต่อเนื่องเป็นตัวรับแรง แรงภายในจะแตกต่างกันเนื่องจากความยาวชิ้นส่วนเปลี่ยนจาก 1.5 × h เป็น (1.25 + 4) × h  

• แรงภายในมีความ แตกต่างกัน 
• แผ่นเว็บของเสาในแรงเฉือนรับแรงหนักขึ้น อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกแรงกระทำในสมดุลมีความจำเป็นเพื่อจับพฤติกรรมของชิ้นส่วนต่อเนื่องได้อย่างถูกต้อง 

แนะนำให้ใช้แรงกระทำในสมดุลเสมอ

ความต้านทานการดัดของ Shell ลดลงสำหรับหน้าตัดกลวง

ความต้านทานแรงของจุดต่อหน้าตัดกลวงในมาตรฐานถูกกำหนดโดยวิธีรูปแบบการวิบัติ (Failure Mode Method) ที่ใช้แบบจำลองการปรับเส้นโค้งที่ได้จากการทดลองและแบบจำลองเชิงตัวเลขขั้นสูง วิธีการออกแบบนี้ถูกนำไปใช้ในมาตรฐานทั้งหมด ในขณะนี้ สถานะล่าสุดอยู่ในร่าง prEN 1993-1-8:2022 โครงสร้างจริงมีความไม่สมบูรณ์เริ่มต้นและความเค้นตกค้าง ซึ่งไม่ถูกจับโดยแบบจำลอง Shell ใน IDEA StatiCa Connection เพื่อให้ได้ความสอดคล้องที่ใกล้เคียงกับผลลัพธ์ของมาตรฐาน อิทธิพลของความเค้นตกค้างและความไม่สมบูรณ์เริ่มต้นถูกนำเข้าในแบบจำลอง IDEA StatiCa โดยการลดความต้านทานการดัดของ Shell ของหน้าตัดกลวงที่มีอัตราส่วน D/(2t) สูง ซึ่งช่วยให้ลดความต้านทานของรูปแบบการวิบัติของจุดต่อแต่ยังคงความต้านทานแรงปกติและการดัดของชิ้นส่วนหน้าตัดกลวง การลดลงของความต้านทานพลาสติกของ Shell Element ขึ้นอยู่กับตัวประกอบ \(\gamma = \frac{D_0}{2t_0}\): 

การเปลี่ยนแปลงรวมกันเหล่านี้ทำให้เราสามารถบรรลุความสอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับผลลัพธ์ของวิธีรูปแบบการวิบัติ (FMM) ที่บรรจุอยู่ในมาตรฐานการออกแบบ ความสอดคล้องระหว่าง IDEA StatiCa Connection และ FMM แสดงในรูปต่อไปนี้ 

หน้าตัดกลมกลวง (Circular Hollow Sections)

T-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

T-joint, โมเมนต์ดัดในระนาบ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

T-joint, โมเมนต์ดัดนอกระนาบ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

Y-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 60 ^\circ\)

Y-joint, โมเมนต์ดัดในระนาบ, มุม \(\theta = 60 ^\circ\)

Y-joint, โมเมนต์ดัดนอกระนาบ, มุม \(\theta = 60 ^\circ\)

X-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

X-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 60 ^\circ\)

X-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 30 ^\circ\)

K-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 45 ^\circ\)

หน้าตัดกลวงสี่เหลี่ยม (Square Hollow Sections)

T-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

โปรดทราบว่าการลดลงของความต้านทานเนื่องจากแรงในคานหลักไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในแบบจำลอง FFM นั่นคือคำอธิบายสำหรับความแตกต่างของผลลัพธ์

T-joint, โมเมนต์ดัดในระนาบ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

T-joint, โมเมนต์ดัดนอกระนาบ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

Y-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 60 ^\circ\)

โปรดทราบว่าการลดลงของความต้านทานเนื่องจากแรงในคานหลักไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในแบบจำลอง FFM นั่นคือคำอธิบายสำหรับความแตกต่างของผลลัพธ์

Y-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 30 ^\circ\)

โปรดทราบว่าการลดลงของความต้านทานเนื่องจากแรงในคานหลักไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในแบบจำลอง FFM นั่นคือคำอธิบายสำหรับความแตกต่างของผลลัพธ์

X-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 90 ^\circ\)

X-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 60 ^\circ\)

X-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 30 ^\circ\)

K-joint, แรงปกติ, มุม \(\theta = 45 ^\circ\)