CBFEM - หลักการทำงาน, การปฏิบัติตามมาตรฐาน, การตรวจสอบและการพิสูจน์ความถูกต้อง

CBFEM เป็นวิธีเฉพาะสำหรับการออกแบบและการตรวจสอบตามมาตรฐานของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก, ชิ้นส่วน, และการยึดเหนี่ยว สามารถใช้ได้กับจุดต่อ, การยึดเหนี่ยว, และรายละเอียดส่วนใหญ่ที่มีรูปแบบโทโพโลยีต่างๆ

วิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) มีคุณสมบัติดังนี้:

• มีความครอบคลุม เพียงพอที่จะใช้งานได้กับจุดต่อ, ฐานราก, และรายละเอียดส่วนใหญ่ในงานวิศวกรรมจริง
• ง่ายและรวดเร็ว เพียงพอในการใช้งานประจำวัน เพื่อให้ผลลัพธ์ในเวลาที่เทียบเคียงได้กับวิธีและเครื่องมือในปัจจุบัน
• ครบถ้วนสมบูรณ์ เพียงพอที่จะให้ข้อมูลที่ชัดเจนแก่วิศวกรโครงสร้างเกี่ยวกับพฤติกรรมของจุดต่อ, ความเค้น, ความเครียด, สำรองของแต่ละส่วนประกอบ, และความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือโดยรวม

การตรวจสอบจุดต่อในวิธี Component Method มาตรฐานและใน CBFEM ที่ใช้ใน IDEA StatiCa Connection นั้นอิงจากการตรวจสอบทุกส่วนของจุดต่อ – ส่วนประกอบต่างๆ ส่วนประกอบอาจเป็น สลักเกลียว, พุก, รอยเชื่อม, แผ่นเหล็ก, และ Concrete ที่ฐานราก 

CBFEM แบ่งจุดต่อทั้งหมดออกเป็นส่วนประกอบที่แยกจากกันดังที่กล่าวข้างต้น จากนั้นซอฟต์แวร์จะสร้างแบบจำลองการวิเคราะห์โดยอัตโนมัติจากแต่ละส่วนประกอบ

การตรวจสอบประกอบด้วยสองขั้นตอน:

1. คำนวณแรงในแต่ละส่วนประกอบของจุดต่อ
2. ตรวจสอบแต่ละส่วนประกอบโดยใช้สมการตามมาตรฐาน

การคำนวณแรง

CBFEM ที่นำไปใช้ใน IDEA StatiCa Connection ทำให้พฤติกรรมของแต่ละส่วนประกอบง่ายขึ้น อย่างไร? 

แบบจำลองประกอบด้วยชิ้นส่วนที่รับแรงกระทำและการดำเนินการผลิต (รวมถึงชิ้นส่วนเสริมความแข็ง) ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อชิ้นส่วนเข้าหากัน 

แบบจำลอง FEM ที่วิเคราะห์จะถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติ ผู้ออกแบบไม่ได้สร้างแบบจำลอง FEM แต่สร้างจุดต่อโดยใช้การดำเนินการผลิต

ด้วยเหตุนี้ แรงจึงถูกคำนวณโดยไม่มีข้อสมมติที่ทำให้ง่ายขึ้น และผลกระทบอื่นๆ เช่น ปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบ ฯลฯ ก็ถูกคำนวณด้วยเช่นกัน 

ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากคำนึงถึงความแข็งจริงของส่วนประกอบ ผลลัพธ์จึงรวมถึง แรงงัด ไม่มีสิ่งใดถูกละเลย

การตรวจสอบและการประเมินผลลัพธ์

การวิเคราะห์กำลังรับแรงเป็นการวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุดของจุดต่อ การตรวจสอบความเครียดของแผ่นเหล็กร่วมกับการตรวจสอบตามมาตรฐานของส่วนประกอบจะดำเนินการโดยการวิเคราะห์แบบ elastic-plastic

การวิเคราะห์จุดต่อเป็นแบบไม่เชิงเส้นทางวัสดุ การเพิ่มแรงกระทำจะถูกใช้ทีละน้อย และค้นหาสภาวะความเค้น

การตรวจสอบแผ่นเหล็ก

แผ่นเหล็กถูกจำลองด้วยวัสดุ elastic-plastic ที่มีความชันของ nominal yielding plateau ตาม EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan^-1 (E/1000) 

พฤติกรรมของวัสดุอิงตาม เกณฑ์การคราก von Mises โดยสมมติว่าเป็น elastic ก่อนถึงค่าการออกแบบของกำลังคราก f_yd

เกณฑ์สภาวะขีดจำกัดสูงสุดสำหรับบริเวณที่ไม่เสี่ยงต่อ การโก่งเดาะ คือการถึงค่าขีดจำกัดของความเครียดหลักในระนาบ ค่า 5 % เป็นค่าที่แนะนำ (เช่น EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Note 1)

ส่วนเฉพาะของพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับแต่ละมาตรฐานแห่งชาติที่รองรับ:

• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม EN (Eurocode)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม AISC (มาตรฐานอเมริกัน)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม CISC (มาตรฐานแคนาดา)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม AS (มาตรฐานออสเตรเลีย)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม IS (มาตรฐานอินเดีย)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม GB (มาตรฐานจีน)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม HKG (Hong Kong Code of Practice)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตาม SP (มาตรฐานรัสเซีย)

การตรวจสอบส่วนประกอบอื่นๆ

การตรวจสอบดำเนินการสำหรับแรงที่คำนวณได้โดยใช้สมการเดียวกันกับในมาตรฐานในทุกวิธี สมการที่ใช้สำหรับสลักเกลียว, พุก, รอยเชื่อม, และบล็อก Concrete จะแสดงในแอปพลิเคชัน และสามารถตรวจสอบได้อย่างละเอียด

การตรวจสอบสลักเกลียว

สลักเกลียวใน IDEA StatiCa Connection ได้รับการตรวจสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม อ่านบทความ สลักเกลียวและการเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียว

การตรวจสอบรอยเชื่อม

ในกรณีของรอยเชื่อมเช่นกัน การตรวจสอบดำเนินการตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการตรวจสอบรอยเชื่อมใน Connection application สามารถพบได้ในบทความ รอยเชื่อม/รอยเชื่อมใน IDEA StatiCa

การตรวจสอบบล็อก Concrete

หลักการเบื้องหลังการคำนวณบล็อก Concrete อธิบายไว้ในบทความ แบบจำลองโครงสร้างของบล็อก Concrete 

ส่วนเฉพาะของพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับแต่ละมาตรฐานแห่งชาติที่รองรับ:

• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม EN (Eurocode)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม AISC (มาตรฐานอเมริกัน)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม CISC (มาตรฐานแคนาดา)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม AS (มาตรฐานออสเตรเลีย)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม IS (มาตรฐานอินเดีย)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม GB (มาตรฐานจีน)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม HKG (Hong Kong Code of Practice)
• การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อก Concrete ตาม SP (มาตรฐานรัสเซีย)

CBFEM จะสอดคล้องกับมาตรฐานและพฤติกรรมจริงได้อย่างไรในเวลาเดียวกัน?

การวิเคราะห์ FEA เชิงการออกแบบ (CBFEM) ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบตามมาตรฐาน ในขณะที่ครอบคลุมพฤติกรรมของโครงสร้างจริง ในเวลาเดียวกัน ยังคำนึงถึงระยะความปลอดภัยที่กำหนดโดยมาตรฐาน

ดูวิดีโอและค้นหาคำตอบสำหรับคำถามของคุณ

คุณสมบัติหลักของการวิเคราะห์ CBFEM

คุณเคยได้ยินคำย่อ MNA หรือ GMNA ที่นำไปใช้ในซอฟต์แวร์หรือไม่ แต่ไม่แน่ใจว่าหมายความว่าอะไร? คุณสมบัติของการวิเคราะห์, ความไม่เชิงเส้นของวัสดุ, หรือรูปทรงเรขาคณิต อะไรที่แนะนำและดำเนินการโดย CBFEM?

ดูวิดีโอต่อไปนี้และเรียนรู้เกี่ยวกับแนวทางต่างๆ

การตรวจสอบและการพิสูจน์ความถูกต้อง

ในตอนแรก ทีมมหาวิทยาลัยสองทีมใช้เวลากว่าสามปีในการพิสูจน์ความถูกต้องและการตรวจสอบวิธี CBFEM 

เมื่อเวลาผ่านไป มีการศึกษาการตรวจสอบใหม่หลายรายการที่ดำเนินการร่วมกับมหาวิทยาลัยจากทั่วโลก (สหรัฐอเมริกา, เนเธอร์แลนด์, เยอรมนี, สวิตเซอร์แลนด์, อเมริกาใต้, และอื่นๆ)

การตรวจสอบและการพิสูจน์ความถูกต้องหมายความว่าอะไรกันแน่? กระบวนการตรวจสอบและการพิสูจน์ความถูกต้อง ยืนยันว่าผลลัพธ์ของซอฟต์แวร์นั้นถูกต้อง 

การตรวจสอบ (Verification) คือการเปรียบเทียบกับวิธีการวิเคราะห์ ซึ่งส่วนใหญ่มักรวมอยู่ในมาตรฐานการก่อสร้าง (เช่น AISC, EN, เป็นต้น) 

วิธีการวิเคราะห์ในมาตรฐานมีข้อจำกัดจากการทำให้ง่ายขึ้น และผลลัพธ์ระหว่างมาตรฐานและ CBFEM สำหรับการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนอาจแตกต่างกัน โดยเฉพาะที่ขอบเขตของช่วงความถูกต้อง ในกรณีนั้น การเปรียบเทียบ CBFEM กับแบบจำลองขั้นสูงที่ได้รับการพิสูจน์ความถูกต้องโดยการทดลองจะพิสูจน์ว่า CBFEM มีความปลอดภัย แม้ว่าค่ากำลังรับแรงจะสูงกว่าที่กำหนดโดยมาตรฐาน 

การพิสูจน์ความถูกต้อง (Validation) คือการเปรียบเทียบแบบจำลองเชิงตัวเลขกับการทดลอง 

แบบจำลองเชิงตัวเลขมักมีความซับซ้อนสูง รวมถึงความไม่เชิงเส้นทางวัสดุและรูปทรงเรขาคณิต รูปทรงเรขาคณิตและคุณสมบัติของวัสดุจะเหมือนกับที่วัดได้ในการทดลอง เมื่อผลลัพธ์ – โดยทั่วไปคือเส้นโค้งแรง-การเคลื่อนตัวและความเค้น-ความเครียด – ของแบบจำลองเชิงตัวเลขใกล้เคียงกับผลการทดลอง แบบจำลองเชิงตัวเลขนั้นถือว่าได้รับการพิสูจน์ความถูกต้องแล้ว จากนั้นคุณสมบัติของวัสดุในแบบจำลองเชิงตัวเลขจะถูกเปลี่ยนเป็นค่าระบุ, ความไม่สมบูรณ์จะถูกเพิ่มขึ้นตามค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิต, และอาจมีการศึกษาความไวต่อพารามิเตอร์หลายรายการโดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ เช่น ความหนาของแผ่นเหล็ก, กำลังคราก ของวัสดุ 

ในที่สุด ผลลัพธ์ของแบบจำลองเชิงตัวเลขจะถูกเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของ CBFEM ผลลัพธ์ไม่จำเป็นต้องตรงกันอย่างสมบูรณ์ แต่ผลลัพธ์ต้องมีความปลอดภัยและความแตกต่างอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ 

ตัวอย่างการตรวจสอบและการพิสูจน์ความถูกต้องที่สำคัญที่สุดได้รับการตีพิมพ์ในหนังสือ "Component-based finite element design of steel connections."

ใน Support Center ของเรา คุณสามารถพบการศึกษาการตรวจสอบมากมายรวมถึงการเปรียบเทียบกับการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ค้นหาได้โดยใช้ลิงก์ด้านล่าง

การศึกษาการตรวจสอบ