Konstrukcja wsporcza przenośnika taśmowego, Niemcy
Monath to średniej wielkości firma inżynierska działająca we wszystkich obszarach inżynierii konstrukcyjnej. W projektach stalowych większość prac dotyczy konstrukcji przemysłowych i magazynowych. Jednak mniejsze projekty konstrukcji stalowych o złożonych układach konstrukcyjnych stanowią również wyzwanie.
Motywacja
Często musimy pracować z niestandardowymi połączeniami (topologia, przekroje) i przeprowadzać szczegółowe sprawdzenie normowe. W przeszłości byliśmy ograniczeni do podstawowych programów do projektowania połączeń lub obliczeń ręcznych. Ograniczało to naszą zdolność do właściwej oceny projektu.
Największe problemy pojawiają się przy połączeniach narażonych na obciążenia wieloosiowe, gdzie konieczna jest symulacja w 3D. Tu właśnie podstawowe oprogramowanie do projektowania połączeń napotyka swoje ograniczenia, ponieważ możliwe jest jedynie modelowanie dwuwymiarowe. Kolejnym problematycznym obszarem są złącza o bardzo złożonych topologiach. Nasze poprzednie oprogramowanie do projektowania połączeń było ograniczone do z góry określonych typów połączeń (topologia belek, profile, przekroje, blachy usztywniające).
Ponieważ problemy te pojawiają się w naszej codziennej praktyce inżynierskiej, zdecydowaliśmy się pracować z IDEA StatiCa Connection.
Zalety
IDEA StatiCa Connection posiada bardzo prosty i przejrzysty interfejs roboczy. W krótkim czasie można się w nim zorientować i szybko wykonać swoją pracę.
Oprogramowanie CAE używane w Monath to SCIA Engineer. IDEA StatiCa Connection posiada interfejs BIM, który umożliwia import wybranych węzłów (połączeń) z SCIA Engineer (wraz z parametrami przekrojów i siłami wewnętrznymi). Interfejs ten działa bardzo dobrze. Wszystkie ważne wartości (geometria i obciążenia) są przesyłane szybko i niezawodnie, co eliminuje konieczność ponownego wprowadzania danych, oszczędzając czas i wysiłek. Oczywiście możliwe jest również oddzielne wprowadzenie geometrii i obciążeń, dzięki czemu poszczególne sprawdzenia mogą być wykonywane niezależnie od innych programów.
Kolejną zaletą jest różnorodność opcji projektowania. Możliwe jest dostosowanie złącza do specyfiki projektu, a tym samym wizualizacja bardzo realistycznego modelu. Dostępnych jest wiele operacji produkcyjnych, takich jak połączenia z płytami czołowymi, blachami węzłowymi, kątownikami i wiele innych. Największą zaletą jest to, że węzeł z kilkoma różnymi typami połączeń może być modelowany i natychmiast wyświetlany w 3D. Pozwala to na zaprojektowanie i zweryfikowanie niemal każdego połączenia, bez względu na jego unikalność.
W wielu konstrukcjach na połączenia działają siły wieloosiowe. W większości programów możliwe jest jednak tylko obliczenie 2D. Dlatego połączenie musi być pracochłonnie oceniane wyłącznie ręcznie – a wpływy wieloosiowe są po prostu pomijane. IDEA StatiCa Connection umożliwia wprowadzanie sił zarówno w części połączenia, jak i w podłączonym elemencie. Oznacza to, że możliwe jest realistyczne odwzorowanie, a wyniki są dokładniejsze niż w przypadku konwencjonalnych programów obliczeniowych. Pozwala to na bezprecedensową optymalizację wszystkich właściwości połączenia (grubość blach lub spoin itp.).
Stosujemy sprawdzenia normowe połączeń zgodnie z Eurocode 3, które są wyświetlane natychmiast. Ponadto otrzymujemy również naprężenia i odkształcenia wewnętrzne, wyniki lokalnego wyboczenia oraz analizę sztywności (wszystko na podstawie automatycznie tworzonego modelu MES).
Wady
Oprócz wielu zalet IDEA StatiCa Connection, zauważyliśmy również pewne wady.
Ze względu na podział na kilka przypadków obciążeń, obliczenia mogą zająć trochę czasu (w przypadku złożonych połączeń nawet kilka minut). Jest to szczególnie zauważalne, gdy projektowane połączenia są przegubowe, ponieważ w takim przypadku konieczne jest wykonanie wielu kroków iteracyjnych. Projektowanie połączeń przegubowych wymaga, naszym zdaniem, nieco bardziej doświadczonego użytkownika. Widzimy również pole do poprawy w zakresie wyników. Na przykład położenie blach, spoin lub śrub jest trudniejsze do rozpoznania ze względu na brak niektórych wymiarów.
Przykłady
W celu zademonstrowania naszych obszarów zastosowania IDEA StatiCa Connection, poniżej przedstawiono i omówiono dwa przykłady z naszych projektów.
Przykład 1: Konstrukcja billboardu
Pierwszym przedstawionym projektem jest konstrukcja billboardu. Zadaniem było tutaj, oprócz różnych połączeń profili zamkniętych, sprawdzenie normowe zakotwienia fundamentu.
Momenty od obciążeń wiatrem i siły poprzeczne oddziaływały na konstrukcję w dwóch kierunkach. Stopa fundamentowa stanowiła zatem złożone połączenie, biorąc pod uwagę fakt, że inne programy nie uwzględniają momentów wokół osi X lub Y. Korzystając z łącza BIM z oprogramowania CAE SCIA Engineer, parametry przekrojów oraz siły wewnętrzne w węźle zostały przeniesione do IDEA StatiCa Connection. Następnie zakotwienie wraz ze spoinami mogło zostać zamodelowane i sprawdzone, jak pokazano poniżej.
Kolejnym problemem w tym projekcie było połączenie głównych dźwigarów ze słupem. Przy użyciu konwencjonalnych programów obliczeniowych taki układ konstrukcyjny musiał być uproszczony do problemu dwuwymiarowego.
Po zaprojektowaniu złącza ze wszystkimi czterema głównymi dźwigarami w IDEA StatiCa Connection okazało się, że blacha podpory jest narażona na wysokie naprężenia. Dlatego układ został usztywniony żebrami powyżej i poniżej profili HEA, jak pokazano poniżej, a połączenie mogło zostać wykonane dokładniej.
Przykład 2: Konstrukcja wsporcza przenośnika taśmowego
W tym projekcie zaprojektowano i sprawdzono konstrukcję wsporczą. W wyniku tego powstało kilka węzłów, w których zastosowano przegubowe i sztywne złącza różnych profili za pomocą połączeń śrubowych i spawanych. W przedstawionym poniżej połączeniu dwie belki zostały połączone ze sobą oraz dodatkowo ze słupem, na którym się opierają.
Problem z tym złączem polegał na połączeniu trzech profili, siłach powstających we wszystkich elementach, a także na dodaniu usztywnień i żeber. Dlatego sprawdzenie złącza jest stosunkowo skomplikowane i nie jest w pełni możliwe do odtworzenia bez MES.
Dzięki IDEA StatiCa Connection złącze mogło zostać zamodelowane i sprawdzone zgodnie z założeniami. Poniżej przedstawiono zdjęcia połączenia wykonanego przez wytwórcę.
Podsumowanie
Dzięki IDEA StatiCa Connection możliwe jest sprawdzenie zarówno prostych, jak i złożonych połączeń stalowych za pomocą metody elementów skończonych. Sprawdzenia normowe połączeń są niemal nieograniczone dzięki dużej elastyczności. Wprowadzanie geometrii połączenia i obciążeń jest łatwe w porównaniu z większością ogólnych programów MES, a wszystkie dane są wyraźnie wyświetlane w widoku 3D połączenia. Po obliczeniu połączenia można przeprowadzić sprawdzenia zgodnie z DIN EN 1993, oprócz naprężeń, odkształceń i stopnia wykorzystania.
Ponieważ nasza firma używa SCIA Engineer jako programu CAE, IDEA StatiCa Connection jest bardzo dobrym modułem uzupełniającym dla konstrukcji stalowych. Doskonale uzupełnia globalny model SCIA, ponieważ funkcje BIM zapewniają szybki transfer węzłów do IDEA StatiCa Connection. Dzięki prostemu i przejrzystemu interfejsowi użytkownika oprogramowania, zapoznanie się z IDEA StatiCa Connection można osiągnąć przy rozsądnym nakładzie pracy i szybko uzyskać wyniki.
