Knowledge base

อัปเดตตัวแก้ปัญหาวิธี Component-Based Finite Element

Steel

Connection

Member

EN (Eurocode)

CBFEM

AISC (USA)

GMNA

Tubes

This article is also available in:

Translated by AI from English

บทความต่อไปนี้อธิบายรายละเอียดการปรับปรุงตัวแก้ปัญหาวิธี Component-Based Finite Element สำหรับแอปพลิเคชัน IDEA StatiCa Connection และ Member การเสียรูปของหน้าตัดสำหรับหน้าตัดกลวงและการวนซ้ำเชิงตัวเลขของการคำนวณได้รับการครอบคลุมในบทความนี้

ตัวแก้ปัญหาเชิงคำนวณคือหัวใจของวิธี Component-Based Finite Element

เราปรับปรุงและพัฒนาวิธีเชิงตัวเลขนี้อย่างต่อเนื่อง ในเวอร์ชัน 21 เราได้เสร็จสิ้นการพัฒนาหลายปีในด้านความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและการเสียรูปขนาดใหญ่ รวมถึงความไม่สมบูรณ์เริ่มต้น (GMNIA) ซึ่งทำให้เราสามารถย้ายแอปพลิเคชัน Member จากเบต้าสู่การใช้งานจริงได้

เมื่อใดก็ตามที่การประเมินชิ้นส่วนในโปรแกรม 3D FEA ไม่เพียงพอสำหรับผู้ใช้ของเรา Member พร้อมให้บริการแล้ว ชิ้นส่วนต่างๆ ได้รับการสร้างแบบจำลองอย่างครบถ้วนรวมถึงการเชื่อมต่อที่ปลายด้วย ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับผู้ออกแบบและช่วยให้พวกเขาไม่ต้องประมาณผลของการเชื่อมต่อที่ปลายต่อความสามารถรับแรงและการสูญเสียเสถียรภาพ Member สามารถจัดการกับอิทธิพลของแผ่นเสริมความแข็งตามขวางและตามยาว ช่องเปิด การเปลี่ยนแปลงความสูงของหน้าตัด รวมถึงอิทธิพลของชิ้นส่วนรองที่เชื่อมต่อ ผลของการบิดและการโก่งงอไม่ใช่ปัญหาสำหรับวิธีนี้

ในขณะเดียวกัน วิธี GMNIA ช่วยปรับปรุงแบบจำลองการเชื่อมต่อในแอป Connection อย่างมีนัยสำคัญ ปัจจุบันใช้ในการเชื่อมต่อหน้าตัดกลวงทั้งหมด ทั้งท่อกลมและท่อสี่เหลี่ยม ตามมาตรฐาน จุดต่อท่อได้รับการประเมินตามสูตรเชิงประจักษ์ ซึ่งความถูกต้องของสูตรเหล่านี้จำกัดอยู่ในเงื่อนไขทางเรขาคณิตบางประการ ความสอดคล้องของสูตรเหล่านี้กับความเป็นจริงค่อนข้างน่าสงสัย โดยเฉพาะที่ขอบเขตของช่วงความถูกต้อง วิธี GMNIA ที่ปรับปรุงแล้วแสดงให้เห็นความสอดคล้องที่ดีมากกับสูตรมาตรฐาน โดยเฉพาะในส่วนกลางของช่วงความถูกต้อง ส่วนในช่วงขอบเขต ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องอย่างละเอียดกับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขั้นสูง (ABAQUS) และการทดลองทางกายภาพ

การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในแบบจำลองเชิงตัวเลขย่อมนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงในผลลัพธ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในเวอร์ชัน 21 เช่นกัน และในกรณีส่วนใหญ่ ความแตกต่างอยู่ในระดับหน่วยเปอร์เซ็นต์

นอกจากนี้ การปรับปรุงแบบจำลองยังแสดงให้เห็นในการเร่งความเร็วการคำนวณอย่างมีนัยสำคัญ ในช่วงสูงสุดถึง 30%

เผยแพร่ใน IDEA StatiCa เวอร์ชัน 21.0.

ตัวแก้ปัญหา GMNIA

ตัวแก้ปัญหาที่ใช้สำหรับจุดต่อหน้าตัดกลวงใน IDEA StatiCa Connection และสำหรับ GMNIA ใน IDEA StatiCa Member ได้รับการปรับปรุง ปัจจุบันประกอบด้วยสูตรไม่เชิงเส้นของไม่เพียงแต่ shell elements (ซึ่งมีอยู่แล้วในเวอร์ชันก่อนหน้า) แต่ยังรวมถึง links และ constraints ที่ใช้ในส่วนประกอบต่างๆ เช่น สลักเกลียวหรือรอยเชื่อม

แบบจำลองของการเชื่อมต่อได้รับการปรับปรุงอย่างมากด้วยการแทรก condensed superelement องค์ประกอบนี้ถูกเพิ่มไว้ด้านหลังปลายชิ้นส่วนและมีคุณสมบัติเหมือนกับแบบจำลอง elastic shell ของชิ้นส่วน เป็นเพียงองค์ประกอบเดียวแต่ช่วยให้เกิดการเสียรูปและความเค้นแบบยืดหยุ่นได้ที่ปลายชิ้นส่วน ด้วยเหตุนี้ ส่วนของชิ้นส่วนที่ประกอบด้วย shell elements จึงสามารถสั้นลงได้และยังช่วยปรับปรุงพฤติกรรมของแบบจำลองได้อีกด้วย

มีการเพิ่ม condensed superelement ที่ปลายชิ้นส่วน

สิ่งนี้ช่วยให้สามารถลดความยาวส่วนของแบบจำลองที่ใช้ shell elements และยังเพิ่มความแม่นยำของแบบจำลองได้ ส่งผลให้มีจำนวนองค์ประกอบในแบบจำลองน้อยลง นำไปสู่เวลาการคำนวณที่เร็วขึ้นและการแสดงผลลัพธ์ที่ดีขึ้น

การเสียรูปของหน้าตัดที่ปลายของแบบจำลอง shell

นี่คือเหตุผลหลักที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงนี้ หน้าตัดอาจเสียรูปที่ปลายของแบบจำลองที่ประกอบด้วย shell elements จุดต่อของหน้าตัดกลวงต้องการชิ้นส่วนที่ยาวพอสมควร ถึง 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัด การนำ condensed superelement มาใส่ไว้ด้านหลังส่วนของแบบจำลองที่ประกอบด้วย shell elements ทำให้การคำนวณเร็วขึ้นมากโดยมีความแม่นยำเท่าเดิม

เผยแพร่ใน IDEA StatiCa เวอร์ชัน 21.0.

ความต้านทานการดัดของ shell ลดลงสำหรับหน้าตัดกลวง (ความไม่สมบูรณ์)

ความต้านทานแรงของจุดต่อหน้าตัดกลวงในมาตรฐานถูกกำหนดโดยวิธี Failure Mode Method ซึ่งใช้แบบจำลอง curve-fitting ที่ได้จากการทดลองและแบบจำลองเชิงตัวเลขขั้นสูง โครงสร้างจริงมีความไม่สมบูรณ์เริ่มต้นและความเค้นตกค้าง ซึ่งไม่ได้ถูกจับในแบบจำลอง shell ใน IDEA StatiCa Connection เพื่อให้ได้ความสอดคล้องที่ใกล้เคียงกับผลลัพธ์ของมาตรฐานมากขึ้น อิทธิพลของความเค้นตกค้างและความไม่สมบูรณ์เริ่มต้นได้ถูกนำมาใช้ในแบบจำลอง IDEA StatiCa โดยการลดความต้านทานการดัดของ shell ของหน้าตัดกลวงที่มีอัตราส่วน D/(2t) สูง

การเปลี่ยนแปลงรวมกันเหล่านี้ทำให้เราสามารถบรรลุความสอดคล้องที่ใกล้เคียงกับผลลัพธ์ของ Failure Mode Method ที่บรรจุอยู่ในมาตรฐานการออกแบบ

เผยแพร่ใน IDEA StatiCa เวอร์ชัน 21.0.

การคำนวณแบบขั้นตอนสำหรับ GMNIA ใน Member

พารามิเตอร์ จำนวนขั้นตอนการโหลดสำหรับการวิเคราะห์ GMNIA ได้ถูกเพิ่มใน การตั้งค่าโครงการ ใน Member เพื่อปรับปรุงเสถียรภาพและความปลอดภัยในการคำนวณชิ้นส่วนแบบไม่เชิงเส้น แรงกระทำรวมถูกแบ่งออกเป็นขั้นตอนย่อย (ค่าเริ่มต้น 10 ขั้นตอน) เพื่อลดความเสี่ยงที่ตัวแก้ปัญหาจะลู่เข้าสู่สาขาเสถียรที่ไม่ต้องการของเส้นโค้งแรง-การเสียรูป แนวทางแบบขั้นตอนนี้ช่วยให้การเพิ่มแรงกระทำเป็นไปอย่างราบรื่น การติดตามสมดุลมีความแม่นยำมากขึ้น และการทำนายความต้านทานสูงสุดในการวิเคราะห์ที่ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุมีความปลอดภัยมากขึ้น