Superelemnte condensate - invizibile, dar esențiale

Până la lansarea versiunii 21, nu existau multe modalități de a modela îmbinările elementelor metalice mai realist decât utilizând aplicația IDEA StatiCa. Totuși, existau situații în care valorile tensiunilor la margine erau inexacte și nu corespundeau comportamentului real al elementelor metalice. Nu era ușor să găsești modalitatea corectă de a rămâne concentrat pe proiectarea îmbinării, de a rezolva doar zona apropiată de nodul structural și, în același timp, de a ține cont de comportamentul restului elementelor conectate. 

Dar echipa de dezvoltare a reușit să găsească soluția. Au extins modelul drastic prin adăugarea unor părți de elemente care nu sunt vizibile, dar sunt esențiale pentru întregul model. Aceste părți se numesc superelemnte condensate și realizează toată munca dificilă de îmbunătățire a comportamentului. 

Această modificare asigură că capetele elementelor vizibile în scena modelului nu sunt, de fapt, capete reale. În versiunile anterioare, secțiunile de capăt erau fixate în planul lor și adesea puteau apărea vârfuri de tensiune nerealistice. Acum, acestea se pot deforma – pot suferi deformații nu doar în planul secțiunii transversale, ci și perpendicular pe acesta.

În special în cazul îmbinărilor cu secțiuni tubulare, rezultatele arată o mai bună concordanță cu testele experimentale și formulările din codurile de proiectare.

Pe de altă parte, această modificare înseamnă și că vârfurile de tensiune localizate inițial în secțiunile de capăt se pot și se vor deplasa mai aproape de nodul de îmbinare. În unele cazuri, elementele de îmbinare pot fi expuse la forțe mai mari în „era superelemntelor condensate". 

Trei beneficii pentru dumneavoastră

Această îmbunătățire aduce și efecte secundare foarte convenabile – tronsonele scurte ale elementelor simulate prin elemente de tip coajă pot fi acum mai scurte. Principalele beneficii ale acestei modificări sunt:  

• Timpi de calcul cu 30% mai rapizi în medie  
• Vizualizare mai rapidă a rezultatelor 
• Modelare mai precisă a îmbinărilor cu secțiuni tubulare  

Alte caracteristici noi și îmbunătățiri introduse în versiunea 21 sunt specificate în detaliu în Notele de lansare.

Noile lungimi ale elementelor

Utilizatorii noștri sunt obișnuiți cu lungimile implicite ale elementelor din modelul de proiectare a îmbinării. Acestea depindeau de tipul secțiunii transversale (tubulară / deschisă).

Acum, lungimea implicită este setată la aceeași valoare de 1,25 x cea mai mare dintre dimensiunile exterioare ale secțiunii transversale pentru ambele tipuri. Lungimea superelemntelor condensate este de 4 x cea mai mare dintre dimensiunile exterioare ale secțiunii transversale pentru analiza standard efort-deformație. Deoarece am dorit să menținem formele proprii de flambaj în interiorul plăcilor din îmbinare și nu în elemente, lungimea superelemntelor pentru analiza liniară de flambaj și de rigiditate este setată la 0,5 x cea mai mare dintre dimensiunile exterioare ale secțiunii transversale.

Deși aceste modificări au fost realizate inițial pentru îmbunătățirea îmbinărilor cu secțiuni tubulare, ele au ajutat și alte tipuri de îmbinări să se apropie de comportamentul real.

Vă puteți întreba care sunt principalele consecințe? Fără îndoială, vor apărea unele diferențe de rezultate între versiuni. În marea majoritate a îmbinărilor, diferențele de rezultate sunt sub 1%. 

Cazurile cu diferențe mai mari evidențiază subiectul în care practica se confruntă cu teoria. Acest subiect este legat de efectele torsiunii asupra profilelor cu secțiune deschisă. Din mai multe motive, aceste efecte sunt neglijate de inginerii structuriști și nu sunt incluse nici în aplicațiile de analiză globală prin Metoda Elementelor Finite. 

Efectele torsiunii

Ei bine, nu este știință de rachetă, dar nici nu trebuie să fie evident. Deci, să introducem puțină teorie:

În funcție de tipul secțiunii transversale deschise, condițiile la limită ale elementului și tipul de încărcare, pot apărea două tipuri de comportament la torsiune, conform ipotezei lui Vlasov: 

• Torsiune pură (St. Venant) 
• Torsiune mixtă combinată din torsiune pură și torsiune de încovoiere-torsiune
  • torsiunea pură este caracterizată de forța interioară T_t (momentul de torsiune pură) cu tensiunea de forfecare pură rezultantă τ_t 
  • torsiunea de încovoiere este caracterizată de forțele interioare B (bimoment) și T_w (momentul de torsiune de încovoiere) cu tensiunea normală (longitudinală) de încovoiere rezultantă σ_w și tensiunea de forfecare de torsiune de încovoiere τ_w

În IDEA StatiCa Connection versiunea 21.0, încovoierea era constrânsă de constrângerile multipunct care conectau nodul cu capătul grinzii. Aceste constrângeri sunt utilizate pentru a impune încărcările în model. Noul superelement condensat împinge constrângerile mai departe, iar elementul poate să se deformeze. Aceasta rezultă într-un bimoment mai mare în îmbinare. 

Aici puteți vedea câteva exemple de îmbinări în care aceste modificări au dus la rezultate semnificativ diferite: 

Tronsonul scurt al grinzii sub torsiune

Îmbinare grindă-grindă cu placă de capăt pe o singură parte

Îmbinare grindă-stâlp

Când vă confruntați cu astfel de cazuri, mai ales dacă comparați rezultatele între versiuni, trebuie să țineți cont că modelele de calcul nu sunt identice. Elementele sunt mai lungi și rigiditatea îmbinării este mai mică. Prin urmare, diferențele de rezultate pot fi de așteptat în unele elemente ale îmbinării.

Dar aveți întotdeauna câteva opțiuni de verificat pentru a evita rezultate incorecte. Începând cu versiunea 21, este mai important ca niciodată să utilizați funcția „Încărcări în echilibru". 

Poate doriți adesea să verificați modelul de îmbinare creat în versiunea mai veche în cea mai recentă versiune. Atunci nu trebuie să uitați să setați parametrii din Configurarea codului la noile valori implicite, pentru a nu amesteca mere cu pere.

Cu toate acestea, dacă doriți să fiți 100% sigur că aplicația IDEA StatiCa versiunea 21.0 funcționează cu cele mai bune date posibile, atunci modelați întregul model de calcul în versiunea 21 de la zero.

Dacă sunteți interesat de fundamentele teoretice din spatele îmbunătățirilor introduse în versiunea 21, puteți găsi informații foarte utile și bine pregătite de specialiștii noștri în acest articol din baza de cunoștințe.