Az
IDEA StatiCa Connection főbb elvei
Bevezetés
Az IDEA StatiCa Connection egy Component-Based végeselem-módszer (CBFEM) alapú tervezőszoftver, amelyet acél kapcsolatok tervezésében jártas, képzett statikus mérnökök számára fejlesztettek ki. A szoftver a felhasználók mérnöki ismereteire támaszkodik, hogy minden csomópontot helyesen szimuláljon, és a végeselemes analízis eredményeként kapott viselkedést megfelelően értelmezze. Mint ilyen, nem a felhasználó mérnöki tudásának helyettesítésére, hanem tervezési képességeinek bővítésére szolgál a CBFEM motor segítségével.
Ez az útmutató összefoglalja a szoftver néhány kulcselemét, és ajánlott, hogy az IDEA StatiCa minden felhasználója olvassa el. Ezzel a felhasználó elkerülheti azokat a gyakori hibákat, amelyek potenciálisan téves eredményekhez vezethetnek. Emellett a Támogatási Központ online forrásai folyamatosan frissülnek a szoftver használatával és alapelveivel kapcsolatos új információkkal. Végül, de nem utolsósorban, erősen javasoljuk, hogy olvassa el az Elméleti Hátteret és annak nemzeti függelékeit is.
Az IDEA StatiCa acél kapcsolatok modellezésére és méretezésére lett kifejlesztve. Ebben a tekintetben a kapcsolatnak egyetlen azonosítható csomóponttal kell rendelkeznie, ahol az összes szerkezeti elem találkozik, függetlenül attól, hogy milyen összetett ez a kapcsolat. Kérjük, vegye figyelembe, hogy egyes szerkezeti elemek csomóponthoz viszonyított kis excentricitásait a végeselem-módszer figyelembe veszi, és nem okoznak problémát a fiktív csomópont koncepcióban.
Másrészt, ha a modellben egynél több csomópont azonosítható, akkor ez valószínűleg szerkezetként osztályozható, és az IDEA StatiCa által követett megközelítés nem megfelelő lehet, és hibás eredményekhez vezethet.
A mérnöknek mérnöki megítélését kell alkalmaznia annak meghatározásához, hogy egy kapcsolat egy vagy több csomópontnak tekinthető-e, és a megfelelő megközelítést kell alkalmaznia.
Általános szabályként az IDEA StatiCa csomópontjának csak azokat a szerkezeti elemeket kell tartalmaznia, amelyek szerepelnek a globális analízis szoftverben, mivel az analízisből származó erők csak ezekre a szerkezeti elemekre vonatkozó erőket tartalmazzák. Természetesen ez mérnöki megítélés kérdése, és esetenként változhat.
A teherhatások alapértelmezés szerint a fiktív csomópontban vannak meghatározva. A felhasználó azonban szabadon módosíthatja a terhelés meghatározásának helyét elemenként. Ez egyes esetekben követelmény lehet a szabvány (pl. AISC vagy SCI hevederlemez tervezés) vagy a tervezési specifikáció alapján.
A funkció használata előtt a felhasználónak tudatában kell lennie, hogy a különböző terhelési pozíciók eltérő eredményeket adnak.
Általános gyakorlat, hogy a tanácsadók a kapcsolattervezéshez szükséges terheléseket burkoló eredményekből származó terhelési táblázatok formájában adják meg, ami azt jelenti, hogy a feszültségkomponensek nem egyidejűek.
Ezek a terhelések irreális feszültségmezőt hoznak létre. A mi megoldásunkban ez az irreális feszültségállapot tükröződik a modellen, és potenciálisan tönkremenetelhez vezethet.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy ez nem az IDEA StatiCa sajátossága, mivel az ilyen feszültségállapotok tönkremenetelt okoznának az eredeti globális tervezési modellben is, ha ezeket a maximális feszültségkomponenseket egyidejűleg alkalmaznák. Ezt a problémát tovább súlyosbítja a csatlakozó szerkezeti elemek száma.
A helyzet elkerülése érdekében erősen ajánlott egynél több kombinációt használni a tervezéshez, amelyek az eredeti globális tervezési modellből származnak. Ismert, hogy az egyes kombinációk eredményei egyensúlyban vannak a csomópontok körül.
A BIM-kapcsolataink használata egyszerűvé és hibamentessé teszi az átmenetet a globális modellből a kapcsolattervezésbe.
Továbbá az IDEA StatiCa egy nagyon egyszerű módot kínál a modellben lévő egyensúlyhiányos erők azonosítására, a Egyensúlyban lévő terhelések gomb engedélyezésével. Ezek azok az erők, amelyeket a teherhordóként meghatározott szerkezeti elemek reakciói fognak kiegyensúlyozni.
A nyomatékok előjele nem követi a klasszikus statikai konvenciót. A nyomatékok a szerkezeti elem helyi tengelye körül a jobbkéz-szabályt követik.
A szerkezeti elem helyi tengelyének megjelenítéséhez aktiválni kell az LCS gombot a Feliratok szalagpanelen.
Egy tengely körüli pozitív nyomaték meghatározásához a felhasználónak jobb hüvelykujjával a tengely pozitív irányára kell mutatnia. Az ujjak görbülete ekkor egy olyan forgást jelöl, amely a tengely körüli pozitív nyomatékot tükrözi.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy a BIM-kapcsolatok automatikusan elvégzik a szükséges transzformációkat a terhelések analízisszoftverből történő átvitele során.
Az IDEA StatiCa lehetővé teszi különböző Modelltípus-beállítások meghatározását a szerkezeti elemekben, amelyek mindegyike befolyásolja, hogy milyen kényszerfeltétel kerül alkalmazásra az elem végén (ahol az N-Vy-Vz-Mx-My-Mz szabad/kényszermentes véget jelent). Lényegében arra szolgál, hogy a alkalmazott terhelés megfeleljen a globális modell viselkedésének.
Például, ha egy merevítő elem tengelyirányú és nyíróterhelést visel, de nyomatékot nem, akkor a kényszermentes modell alkalmazása nem lenne megfelelő, mivel a merevítő elemben nyomaték alakulna ki a hossza mentén. Ez megelőzhető az N-Vy-Vz modell alkalmazásával, ahol maguk a kényszerfeltételek veszik fel a nyomatékot (amely Nonconformity-ként jelenik meg az Ellenőrzés -> Analízis fülön). Ezek a kényszerfeltételek arra is felhasználhatók, hogy egy adott modellben stabilitást biztosítsanak bizonyos szabadságfokok eltávolításával. Ennek szemléletes példája az egybultos merevítő kapcsolat, ahol a merevítő szabadon foroghat a csavar tengelye körül. Ebben az esetben egy megfelelő modelltípus alkalmazása megakadályozza a mechanizmus kialakulását.
Általánosságban, ha a felvett erők/nyomatékok értéke jelentősen meghaladja az alkalmazott terhelést (a tervező megítélésétől függően), ez arra utalhat, hogy a választott Modelltípus nem megfelelő a csomóponthoz, és nem konzervatív tervezéshez vezethet. Ilyen esetekben a legjobb egy olyan alternatív modelltípust választani, amely megfelel a várható terhelési/támasztási feltételeknek, vagy az N-Vy-Vz-Mx-My-Mz kényszermentes modellt alkalmazni.
A modelltípus megválasztása általában a tervező megítélésétől függ, mivel a szükséges kényszerfeltételek leggyakrabban a projekt specifikációitól és a modellben szimulálni kívánt terhelési feltételektől függnek.
Példa egybultos merevítő kapcsolatra, ahol a modelltípusnak N-Vy-Vz-nek kell lennie a mechanizmus kialakulásának megakadályozása érdekében
Bár lehetséges, hogy tömzsi kapcsolatoknál a kihajlás elemzése nem kritikus, a CBFEM módszer szerves részének tekintendő. Ezért erősen ajánlott a kihajlás elemzését elvégezni a standard Feszültség/Alakváltozás elemzés után, hogy biztosítsuk a határértékek betartását (lásd az Elméleti háttér részt), és igazoljuk, hogy a feszültség-alakváltozás elemzésből előrejelzett teherbírás teljes mértékben kifejleszthető.
Emellett a kapcsolati elemek kihajlása befolyásolhatja az egész szerkezet stabilitását. Ebben az esetben elmondhatjuk, hogy a kihajlási mód típusa globális. Ellenkező esetben a kihajlási módot lokálisnak nevezzük.
Nagyon fontos megjegyezni, hogy különböző kritikus tényező alsó határértékek (αcr, limit) alkalmazandók a különböző kihajlási módtípusokra. A globális kihajlást elhanyagolhatjuk a szerkezeti elemeknél (beleértve a kapcsolatot is) azokban az esetekben, amikor a kihajlási tényező nagyobb mint 15 (képlékeny tervezés esetén) vagy nagyobb mint 10 (ha a lemezeken lévő feszültség rugalmas ágon van).
A lokális kihajlás az egyes lemezekre vonatkozik (merevítők, oszlopgerinc), és a megfelelő határkihajlási tényezőket a tervezési szabványok és kutatási kísérletek alapján határozzák meg. A lokális kihajlás hatásai elhanyagolhatónak tekinthetők, ha a kihajlási tényező:
- ≥ 2 - 4 oldalon megtámasztott lemez esetén
- ≥ 3 - 3 oldalon megtámasztott lemez esetén
- ≥ 4 - 2 oldalon (szomszédos) megtámasztott lemez esetén
- ≥ 15 - 2 oldalon (szemközti) megtámasztott lemez esetén
Sajnos a kihajlási alak típusa mérnöki megítélés kérdése, és a szoftver nem tudja eldönteni. A felhasználó felelőssége eldönteni, hogy melyik kihajlási típus vonatkozik a modelljére, a deformált kihajlási alakokmegtekintésével.
Amikor egy szerkezeti elemet adunk a modellhez, annak hosszát a szoftver automatikusan kiszámítja a keresztmetszet magassága alapján. A számítási algoritmus a CBFEM módszer része, és numerikus és kísérleti eredmények alapján van kalibrálva.
A kiszámított szerkezeti elem hossza biztosítja, hogy a megfelelő feszültségdiffúzió a CBFEM módszertannak megfelelően menjen végbe.
Abban az esetben, ha egy elemet vagy módosítást (csavarlyukak, bevágások, nyílások stb.) adnak ehhez a szerkezeti elemhez, a szoftver ennek megfelelően módosítja a teljes hosszt, hogy fenntartsa a távolságot a megszakítástól.
A szoftver azonban lehetővé teszi az alapértelmezett tényező megváltoztatását a szerkezeti elem hosszának kiszámításához a „Kódbeállítások" beállításokon keresztül, ami aztán befolyásolja a teljes hosszt. A felhasználóknak erősen ajánlott ezt az értéket alapértelmezettként hagyni, mivel az ilyen változtatások jelentősen befolyásolhatják az eredményeket. Minden ellenőrzésünket az alapértelmezett beállításokkal végeztük.
Ritka esetekben ennek a beállításnak az alapértelmezett értékei olyan meghibásodáshoz vezethetnek, amely egyébként nem következne be. Ritka forgatókönyvek példái lehetnek: 1. túlzottan mély gerendák (pl. 1,5+ m), amelyek túlzott távolsághoz vezetnek a legközelebbi megszakítástól, vagy 2. rövid szakaszon alkalmazott nagy lokalizált nyíróerő (pl. darúpályatartót tartó rövid konzol), amelyet az IDEA StatiCa alapértelmezés szerint a valóságosnál hosszabbra modellezne. Mindkét eset nagy hajlítást eredményezne a terhelt végén.
Éppen ezért áll rendelkezésre ez a beállítás, hogy tapasztalt felhasználóknak némi rugalmasságot biztosítson ezekben a ritka esetekben, ahol csökkentett hosszra lehet szükség.
Ilyen esetekben, ahol teljesen egyértelmű, hogy a probléma kizárólag a szerkezeti elem hosszából adódik, a felhasználónak tanulmányt kell készítenie a szerkezeti elem mélység/hossz arányának bármilyen csökkentésének a modell viselkedésére (feszültség/alakváltozás mezők és erők a különböző komponensekben) gyakorolt hatásának vizsgálatához. Ha az eredmény egyezik, a paraméter csökkentése lehetséges lehet, bár ezt egyes modellekben a hálóbeállításokkal együtt kell elvégezni.
Más szóval, ha a felhasználó úgy dönt, hogy módosítja ezt a beállítást, megfelelően kell tudnia ezt indokolni egy kapcsolódó tanulmány eredményeire hivatkozva, amely bizonyítja, hogy a csökkentés nem befolyásolta a csomóponti komponensek eredményét.
Emiatt javasoljuk, hogy vegye fel a kapcsolatot a támogatási csapatunkkal, mielőtt bármely ilyen kritikus paramétertmódosítana.
Példatanulmány, amely bemutatja a szerkezeti elem hossz/mélység arányának csökkentését a feszültségmezőre és a komponensek terhelésére gyakorolt jelentős hatás nélkül.
Fontos tudni, hogy a különböző szabványok eltérő konvenciókat alkalmaznak a hegesztés meghatározásához. Az amerikai szabvány például szárméreteket, míg az Eurocode torokméreteket használ a számításhoz. Ez a konvenció az egész projekten belül érvényes, beleértve a jelentés kimenetét és a rajzokat is.
Ezért a felhasználó felelőssége, hogy szükség esetén módosítsa ezeket a hegesztési méreteket, annak érdekében, hogy azokat eltérő konvenciókat alkalmazó harmadik felekkel (pl. gyártókkal) kommunikálni tudja.
Az IDEA StatiCa Connection elsősorban a melegen hengerelt szerkezeti elemek kapcsolatainak vizsgálatára szolgáló eszköz, amelyeket a kihajlás nem befolyásol jelentősen. A gyors és stabil számítás érdekében geometriailag lineáris és anyagában nemlineáris analízis kerül elvégzésre. Ez az analízistípus azonban nem veszi figyelembe a stabilitásvesztést minden egyes számítási lépésnél, mivel a kihajlásvizsgálat lineáris, míg a stabilitásvesztés geometriailag nemlineáris analízist igényel.
Ha ragaszkodik az IDEA StatiCa Connection használatához vékonyfalú (hidegen alakított) szerkezeti elemek kapcsolatainak ellenőrzéséhez, győződjön meg arról, hogy tapasztalt felhasználója a szoftvernek, és legyen felkészülve arra, hogy mérnöki ítélőképességét gondosan alkalmazza legalább a következő pontokban:
- Végezzen lineáris kihajlásvizsgálatot, és gondosan értékelje ki az egyes kihajlási alakokat. Kérjük, vegye figyelembe, hogy az első 5 kiszámított kihajlási alak nem feltétlenül elegendő.
- Ne támaszkodjon a vékonyfalú szerkezeti elemek képlékenységére, hanem korlátozza a von Mises feszültséget a folyáshatárra, vagy szükség esetén még alacsonyabb értékre.
- Legyen tudatában annak, hogy a helyi kihajlás kialakulása, amelyet az egyes számítási lépések nem vesznek figyelembe, eltérően oszthatja el a belső erőket az összetevőkben.
- Legyen tudatában annak, hogy az összetevők merevsége eltérhet a különböző tönkremeneteli módok vagy azok kombinációja miatt.
- Legyen tudatában annak, hogy az összetevők bemutatott ellenőrzései és részletezése (pl. csavarok, hegesztések) a melegen hengerelt szerkezeti elemekre vonatkozó szabványi előírásokat követik. Amennyiben a vékonyfalú szerkezeti elemekre vonatkozó szabványi előírások eltérnek, az elvégzett ellenőrzések nem alkalmazhatók rájuk.
Az IDEA StatiCa Connection alkalmazásban a felhasználó szabadon modellezhet olyan kapcsolati topológiákat, amelyeket korábban nem lehetett megtervezni. A rendelkezésre álló eszközök és a különböző elemzési típusok (kihajlás, merevség stb.) sokkal mélyebb betekintést nyújtanak a tervezett kapcsolatok viselkedésébe, mint korábban.
A felhasználó felelőssége, hogy megismerje, megértse és alkalmazza ezeket az eszközöket a tervezési munkájában, különösen akkor, ha az elfogadott és bevizsgált kapcsolati topológiáktól el kíván térni.
Egyértelműnek kell lennie, hogy az IDEA StatiCa nem képes „kijavítani" a konceptuális tervezési hibákat. Bár a rendelkezésre álló eszközkészlet helyes alkalmazásával segíthet megelőzni azokat.
Egy konceptuálisan hibás kapcsolat, amelyből hiányzik a felső csavarsor, látszólag megfelel az összes szabványellenőrzésen, de az Alakváltozás eszköz használatával túlzott deformáció és plasztikus alakváltozások koncentrációja tárul fel. Ez valószínűleg használhatósági problémákat okozhat, de katasztrofális meghibásodás (például törés) nélkül.
