Stalowy model analizy złącza

Metoda CBFEM (Component Based Finite Element Model) umożliwia szybką analizę złączy o różnych kształtach i konfiguracjach. Model składa się z elementów, do których przykładane jest obciążenie, oraz operacji montażowych (w tym elementów usztywniających), służących do łączenia elementów ze sobą. Nie należy mylić elementów z operacjami montażowymi, ponieważ ich krawędzie cięcia są połączone z węzłem połączenia za pomocą sztywnych łączników, przez co nie ulegają właściwemu odkształceniu, jeśli są stosowane zamiast operacji montażowych (elementów usztywniających).

Analizowany model MES jest generowany automatycznie. Projektant nie tworzy modelu MES – tworzy złącze przy użyciu operacji montażowych – patrz rysunek.

Operacje/elementy montażowe, które można wykorzystać do konstruowania złącza

Każda operacja montażowa dodaje nowe elementy do połączenia – przekroje, blachy, śruby, spoiny.

Elementy nośne i podpory

Jeden element złącza jest zawsze ustawiony jako „nośny". Wszystkie pozostałe elementy są „przyłączone". Element nośny może być wybrany przez projektanta. Element nośny może być „ciągły" lub „zakończony" w złączu. Elementy „zakończone" są podparte na jednym końcu, a elementy „ciągłe" są podparte na obu końcach.

Elementy przyłączone mogą być kilku typów, w zależności od obciążenia, jakie element może przenieść:

• Typ N-Vy-Vz-Mx-My-Mz – element jest w stanie przenieść wszystkie 6 składowych sił wewnętrznych
• Typ N-Vy-Mz – element jest w stanie przenieść tylko obciążenia w płaszczyźnie XY – siły wewnętrzne N, V_y, M_z
• Typ N-Vz-My – element jest w stanie przenieść tylko obciążenia w płaszczyźnie XZ – siły wewnętrzne N, V_z, M_y
• Typ N-Vy-Vz – element jest w stanie przenieść tylko siłę normalną N oraz siły poprzeczne V_y i V_z

Połączenie blacha-blacha przenosi wszystkie składowe sił wewnętrznych

Połączenie na płytkę żebrową może przenosić tylko obciążenia w płaszczyźnie XZ – siły wewnętrzne N, V_z, M_y

Połączenie na blachę węzłową – połączenie elementu kratownicy może przenosić tylko siłę osiową N oraz siły poprzeczne Vy i Vz

Każde złącze jest w stanie równowagi podczas analizy konstrukcji ramowej. Jeśli siły końcowe poszczególnych elementów są przykładane do szczegółowego modelu CBFEM, stan równowagi jest również spełniony. Tym samym nie byłoby konieczne definiowanie podpór w modelu obliczeniowym. Jednak ze względów praktycznych, na pierwszym końcu elementu nośnego definiowana jest podpora blokująca wszystkie przemieszczenia. Nie wpływa ona ani na stan naprężeń, ani na siły wewnętrzne w złączu – jedynie na prezentację odkształceń.

Na końcach elementów przyłączonych definiowane są odpowiednie typy podpór, uwzględniające typ poszczególnych elementów, w celu zapobieżenia powstawaniu niestabilnych mechanizmów.

Domyślna długość każdego elementu wynosi dwukrotność jego wysokości. Długość elementu powinna wynosić co najmniej 1× wysokość elementu po ostatniej operacji montażowej (spoina, otwór, usztywnienie itp.), ze względu na prawidłowe odkształcenia po zastosowaniu sztywnych łączników łączących odcięty koniec elementu z węzłem połączenia.