Wyboczenie wymaga krytycznego myślenia!

Istnieją różne formy tego złożonego zjawiska. Ogólnie można wyróżnić globalne wyboczenie elementów konstrukcyjnych (smukłe słupy ściskane, zwichrzenie zginanych belek) oraz lokalne wyboczenie blach (ściskanych lub ścinanych). Po osiągnięciu obciążenia krytycznego element zmienia swój kształt na nowy, energetycznie korzystniejszy: ulega wyboczeniu. Może to nastąpić nawet wtedy, gdy naprężenie w elemencie jest znacznie poniżej wytrzymałości materiału, z którego jest wykonany. Dalsze obciążanie może powodować znaczne i trudne do przewidzenia odkształcenia, prowadząc potencjalnie do całkowitej utraty nośności elementu.

IDEA StatiCa pomaga inżynierom w analizie globalnego i lokalnego wyboczenia stalowych elementów konstrukcyjnych. 

Wyboczenie połączenia

Wyboczenie zazwyczaj nie jest istotnym problemem w złączach, jednak należy sprawdzić, czy nie występują problemy z wyboczeniem, a wyniki analizy wytrzymałościowej, która wykorzystuje wyłącznie geometrycznie liniową analizę, są poprawne. Oczywiście, gdy zastosowany zostanie niewłaściwy detal, wyboczenie może łatwo wystąpić...

IDEA StatiCa Connection umożliwia przeprowadzenie liniowej analizy wyboczeniowej modelu złącza. Wyniki są prezentowane w postaci postaci wyboczenia. Dla każdej postaci wyboczenia obliczane jest obciążenie krytyczne, przy którym następuje wyboczenie modelu doskonałego. Obciążenie krytyczne jest przedstawiane jako mnożniki obciążenia działającego na złącze. Na podstawie postaci wyboczenia i mnożnika obciążenia krytycznego użytkownik może określić bezpieczny projekt pod kątem wyboczenia. Ogólne informacje dotyczące analizy wyboczeniowej w IDEA StatiCa można znaleźć w naszym Tle teoretycznym.

Szukasz analizy wyboczeniowej w aplikacji? Skorzystaj z samouczka dla EN lub dla normy AISC.

W odróżnieniu od innych rodzajów analiz, analiza wyboczeniowa nie daje jednoznacznej odpowiedzi „spełnia/nie spełnia". Zamiast tego współczynniki krytyczne obciążenia muszą być interpretowane zgodnie z zastosowaną normą. Ostatecznie to inżynier decyduje, czy wynik analizy jest właściwy. Zapoznaj się z odpowiednimi częściami Tła teoretycznego: Analiza wyboczeniowa według Eurokodu oraz Analiza wyboczeniowa według AISC.

Wartość graniczna może się również różnić w zależności od tego, czy wyboczenie dotyczy elementu konstrukcyjnego, czy dodatkowej blachy w połączeniu. Temat ten jest omówiony w następującym artykule: Wyboczenie globalne a lokalne. Co to oznacza?

Kolejny przykład przeprowadzonej analizy wyboczeniowej połączenia stężenia wraz z interpretacją wyników został przedstawiony w jednym z naszych webinarów Connection Wednesdays.

Porównania wyników IDEA StatiCa Connection z innymi narzędziami można znaleźć w przykładach weryfikacyjnych. 

Wyboczenie elementów cienkościennych (giętych na zimno)

W przypadku przekrojów cienkościennych sytuacja jest jeszcze bardziej skomplikowana...

IDEA StatiCa Connection jest przeznaczona przede wszystkim do oceny połączeń elementów walcowanych na gorąco, na które wyboczenie nie ma istotnego wpływu. Przeprowadzana jest geometrycznie liniowa i materiałowo nieliniowa analiza ze względu na jej szybkie i stabilne obliczenia. Jednak ten rodzaj analizy nie uwzględnia utraty stateczności. Jeśli zachodzi potrzeba zbadania zachowania statecznościowego, przeprowadzenie liniowej analizy wyboczeniowej może pomóc w wykryciu niebezpiecznych obszarów i wyznaczeniu współczynnika dla punktu bifurkacji Eulera.

Artykuł Elementy cienkościenne (gięte na zimno) wymienia ważne czynniki, które należy uwzględnić podczas analizy przekrojów cienkościennych w IDEA StatiCa. Temat jest również omówiony w nagraniu webinaru Elementy cienkościenne – problemy z wyboczeniem.

• Przeprowadź liniową analizę wyboczeniową i dokładnie oceń każdą postać wyboczenia; pierwszych 5 prezentowanych postaci wyboczenia może nie być wystarczających.
• Nie polegaj na plastyczności elementów cienkościennych, lecz ogranicz naprężenie von Misesa do granicy plastyczności lub nawet poniżej.
• Pamiętaj, że lokalne wyboczenie, które nie jest uwzględniane, może inaczej redystrybuować siły wewnętrzne w elementach.
• Pamiętaj, że sztywność elementów może być różna ze względu na różne tryby zniszczenia lub ich kombinację.
• Pamiętaj, że prezentowane sprawdzenia normowe i detale elementów (np. śruby, spoiny) są zgodne z wytycznymi dla standardowych elementów. Sprawdzenia normowe elementów cienkościennych mogą się różnić, a wówczas przeprowadzone testy nie są poprawne.

Ogólnie rzecz biorąc, IDEA StatiCa Connection może być używana do modelowania zachowania połączeń cienkościennych (giętych na zimno), jednak do pełnego sprawdzenia normowego konieczne jest zastosowanie innych narzędzi, a ostateczna decyzja musi być podjęta jako wniosek z kilku zastosowanych metod i procedur.

Wyboczenie elementu

Dwa lata temu IDEA StatiCa wprowadziła nową aplikację dedykowaną ocenie zachowania wyboczeniowego całych elementów konstrukcyjnych. Zaawansowany i sprawdzony model CBFEM znany z aplikacji Connection został zaimplementowany w IDEA StatiCa Member, umożliwiając przeprowadzanie analiz na różnych poziomach zaawansowania. Za pomocą tego narzędzia można przeprowadzić geometrycznie i materiałowo nieliniową analizę, uwzględniając nawet imperfekcje geometryczne.

Model obliczeniowy Member oferuje 3 rodzaje analiz:

• MNA – Materiałowo Nieliniowa Analiza (Materially Non-linear Analysis), służąca do sprawdzenia naprężeń/odkształceń w przekrojach wzdłuż elementu.
• LBA – Liniowa Analiza Wyboczeniowa (stateczność), wyznacza liniowe wartości własne i postacie własne (współczynniki krytyczne i postacie wyboczenia). Na podstawie tych wartości inżynier wybiera, którą z nich uwzględnić w nieliniowej analizie GMNIA, i wprowadza wartości imperfekcji geometrycznych. 
• GMNIA – Geometrycznie i Materiałowo Nieliniowa Analiza z Imperfekcjami (Geometrically and Materially Non-linear Analysis with Imperfections), wyznacza naprężenia/odkształcenia wzdłuż elementu w materiałowo i geometrycznie (z uwzględnieniem imperfekcji) nieliniowej analizie. Jako granica sprawdzenia normowego przyjęto 5% odkształcenia plastycznego.

Aby zapoznać się z podstawami IDEA StatiCa Member, zalecamy lekturę Tła teoretycznego IDEA StatiCa Member, która pozwoli lepiej zrozumieć możliwości aplikacji. Dostępnych jest również kilka filmów prezentujących możliwości tego narzędzia. Można zacząć od wprowadzającego webinaru: IDEA StatiCa Member – Rozwiązanie dla wyboczenia. 

Praktyczne samouczki dotyczące IDEA StatiCa Member pomogą Ci rozpocząć korzystanie z aplikacji, zarówno od podstaw, jak i w ramach przepływu pracy BIM. Niektóre ważne zagadnienia są omówione w nagraniu webinaru Co warto wiedzieć przed rozpoczęciem korzystania z aplikacji IDEA StatiCa Member? oraz w dwóch artykułach: Wpływ warunków brzegowych i Imperfekcje.

Proces weryfikacji nowej aplikacji został zakończony, a wyniki badań zostały opublikowane we współpracy z zespołami uniwersyteckimi. Możesz zapoznać się z kilkoma przykładami weryfikacyjnymi.

Podsumowanie

Podczas analizy problemów wyboczeniowych konstrukcji inżynierskiej zawsze konieczne jest wykorzystanie inżynierskiej intuicji i oceny. Niemniej jednak IDEA StatiCa może Ci w tym pomóc. 

• Do sprawdzenia połączeń stalowych służy IDEA StatiCa Connection, która umożliwia sprawdzenie nie tylko naprężeń/odkształceń, ale także najbardziej krytycznych postaci wyboczenia i odpowiadającego im obciążenia krytycznego. 
• Stateczność globalna może być analizowana w IDEA StatiCa Member, która umożliwia inżynierom przeprowadzenie geometrycznie i materiałowo nieliniowej analizy z imperfekcjami w celu wyznaczenia postaci wyboczenia i współczynników wyboczenia elementu konstrukcyjnego.

Obie aplikacje są dostępne w bezpłatnej wersji próbnej na 14 dni.