Skondensowane superelementy - niewidoczne, ale niezbędne
Do czasu wydania wersji 21 nie było wielu sposobów na modelowanie połączeń stalowych elementów bardziej realistycznie niż przy użyciu aplikacji IDEA StatiCa. Jednak nadal zdarzały się sytuacje, w których wartości naprężeń na krawędziach były niedokładne i nie odpowiadały rzeczywistemu zachowaniu stalowych elementów. Niełatwo było znaleźć właściwy sposób, aby skupić się na projektowaniu połączenia, rozwiązać jedynie obszar w pobliżu węzła konstrukcyjnego, a jednocześnie uwzględnić zachowanie pozostałych połączonych elementów.
Jednak zespół deweloperów znalazł rozwiązanie. Znacznie powiększyli model, dodając części elementów, które nie są widoczne, ale są niezbędne dla całego modelu. Części te nazywane są skondensowanymi superelemantami i to one wykonują całą ciężką pracę związaną z poprawą zachowania modelu.
Ta zmiana zapewnia, że końce elementów widocznych w widoku modelu wcale nie są końcami. W poprzednich wersjach przekroje końcowe były unieruchomione w swojej płaszczyźnie i często mogły tu powstawać nierealistyczne skoki naprężeń. Teraz mogą się one odkształcać – nie tylko w płaszczyźnie przekroju poprzecznego, ale również prostopadle do tej płaszczyzny.
Szczególnie w przypadku połączeń przekrojów zamkniętych wyniki wykazują lepszą zgodność z badaniami doświadczalnymi i sformułowaniami norm projektowych.
Z drugiej strony, zmiana ta oznacza również, że skoki naprężeń pierwotnie zlokalizowane w przekrojach końcowych mogą i będą przesuwać się bliżej węzła połączenia. W niektórych przypadkach elementy połączenia mogą być narażone na większe siły w „erze skondensowanych superelemantów".
Trzy korzyści dla użytkownika
Ulepszenie to przynosi również bardzo korzystne efekty uboczne – krócce elementów symulowane przez elementy powłokowe mogą być teraz krótsze. Główne korzyści tej zmiany to:
- Średnio o 30% krótszy czas obliczeń
- Szybsza wizualizacja wyników
- Dokładniejsze modelowanie połączeń przekrojów zamkniętych
Inne nowe funkcje i ulepszenia wprowadzone w wersji 21 zostały opisane w naszych szczegółowych informacjach o wydaniu.
Nowe długości elementów
Nasi użytkownicy są przyzwyczajeni do domyślnych długości elementów w modelu do projektowania połączeń. Były one uzależnione od rodzaju przekroju poprzecznego (zamknięty / otwarty).
Teraz domyślna długość jest ustawiona na tę samą wartość wynoszącą 1,25 x większy z zewnętrznych wymiarów przekroju poprzecznego dla obu typów. Długość skondensowanych superelemantów wynosi 4 x większy z zewnętrznych wymiarów przekroju poprzecznego dla standardowej analizy naprężenie-odkształcenie. Ponieważ zależało nam na tym, aby postacie wyboczenia pozostawały w obrębie wewnętrznych blach połączenia, a nie w elementach, długość superelemantów dla liniowej analizy wyboczeniowej i analizy sztywności jest ustawiona na 0,5 x większy z zewnętrznych wymiarów przekroju poprzecznego.
Choć zmiany te zostały pierwotnie wprowadzone w celu poprawy modelowania połączeń przekrojów zamkniętych, pomogły również innym typom połączeń zbliżyć się do rzeczywistego zachowania.
Można zapytać, jakie są główne konsekwencje? Bez wątpienia wystąpią pewne różnice w wynikach między wersjami. W zdecydowanej większości połączeń różnice w wynikach są poniżej 1%.
Przypadki z większymi różnicami rzucają światło na temat, w którym praktyka zderza się z teorią. Temat ten dotyczy efektów skręcania w profilach o przekroju otwartym. Z kilku powodów efekty te są pomijane przez inżynierów konstruktorów i nie są uwzględniane w aplikacjach do globalnej analizy MES.
Efekty skręcania
Nie jest to wiedza tajemna, ale nie musi być też oczywista. Przybliżmy zatem nieco teorii:
W zależności od rodzaju otwartego przekroju poprzecznego, warunków brzegowych elementu i rodzaju obciążenia, mogą wystąpić dwa rodzaje zachowania przy skręcaniu, zgodnie z hipotezą Własowa:
- Skręcanie czyste (St. Venanta)
- Skręcanie mieszane złożone ze skręcania czystego i skręcania wskutek spaczenia
- skręcanie czyste charakteryzuje się siłą wewnętrzną Tt (moment skręcania czystego) z wynikowym czystym naprężeniem ścinającym τt
- skręcanie wskutek spaczenia charakteryzuje się siłami wewnętrznymi B (bimomentem) i Tw (momentem skręcania wskutek spaczenia) z wynikowym normalnym (podłużnym) naprężeniem spaczenia σw i naprężeniem ścinającym skręcania wskutek spaczenia τw
W IDEA StatiCa Connection w wersji 21.0 spaczenie było ograniczone przez więzy wielopunktowe łączące węzeł z końcem belki. Więzy te służą do wprowadzania obciążeń do modelu. Nowy skondensowany superelement przesuwa te więzy dalej, a element może się odkształcać. Skutkuje to większym bimomentem w połączeniu.
Poniżej przedstawiono kilka przykładów połączeń, w których zmiany te doprowadziły do znacząco odmiennych wyników:
Króciec belki poddany skręcaniu
Jednostronne połączenie belka-belka na płytę czołową
Połączenie belka-słup
W przypadku takich sytuacji, zwłaszcza gdy porównuje się wyniki między wersjami, należy pamiętać, że modele obliczeniowe nie są identyczne. Elementy są dłuższe, a sztywność połączenia jest mniejsza. Dlatego różnice w wynikach mogą być spodziewane w niektórych elementach połączenia.
Zawsze jednak istnieją opcje do sprawdzenia, aby uniknąć nieprawidłowych wyników. Począwszy od wersji 21, ważniejsze niż kiedykolwiek jest korzystanie z funkcji „Obciążenia w równowadze".
Często może zaistnieć potrzeba sprawdzenia modelu połączenia utworzonego w starszej wersji w najnowszej wersji programu. Wówczas nie należy zapominać o ustawieniu parametrów w konfiguracji normy na nowe wartości domyślne, aby nie mieszać ze sobą różnych podejść.
Jeśli jednak chcesz mieć 100% pewności, że Twoja aplikacja IDEA StatiCa w wersji 21.0 pracuje z możliwie najlepszymi danymi, zbuduj cały model obliczeniowy w wersji 21 od podstaw.
Jeśli interesuje Cię teoretyczne tło ulepszeń wprowadzonych w wersji 21, bardzo przydatne i starannie przygotowane informacje od naszych specjalistów znajdziesz w tym artykule w bazie wiedzy.
