Έλεγχος του αλγόριθμου που χρησιμοποιείται για την ειδική προσομοίωση γωνιών πλαισίου στο Consteel.

Για τις ανάγκες επαλήθευσης του μαθηματικού αλγορίθμου που χρησιμοποιείται στην ειδική προσομοίωση των γωνιών πλαισίου του Consteel, επισκεφτήκαμε το εργαστήριο μεταλλικών κατασκευών του Szechenyi Istvan University στο Gyor της Ουγγαρίας, όπου συναντήσαμε τον επικεφαλής της ομάδας έρευνας και ανάπτυξης καθηγητή Ferenc Papp.

Στο εργαστήριο, ένα δισδιάστατο πλαίσιο από χαλύβδινες διατομές, με νευρώσεις στην περιοχή των κόμβων είχε κατασκευαστεί για να υποβληθεί σε φόρτιση εκτός του επιπέδου του και στη συνέχεια να συγκριθούν τα αποτελέσματα με το λογισμικό Consteel.

Με τη χρήση υπολογιστή μετρήθηκαν οι σταδιακές παραμορφώσεις σε επιλεγμένα σημεία και επιβεβαιώθηκαν τα αποτελέσματα μέσω του προγράμματος και του αλγορίθμου προσομοίωσης των γωνιών πλαισίου. 

Δείτε στο συνοπτικό video την διαδικασία της φόρτισης, τα σκαριφήματα των σχεδίων καθώς και τα τελικά αποτελέσματα:

Πληροφορίες για το Consteel 2114112620. www.ergocad.eu

Αναρωτηθήκατε ποτέ πώς μπορείτε να ελέγξετε μία μεταλλική κατασκευή έναντι καθολικής ευστάθειας και τοπικού λυγισμού στο ίδιο μοντέλο;

Όταν θέλουμε να ελέγξουμε την συμπεριφορά μιας μεταλλικής κατασκευής έναντι καθολικής ευστάθειας, μία εύκολη λύση είναι να εκτελέσουμε την ανάλυση λυγισμού. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης αντιπροσωπεύουν την ενεργή απώλεια ευστάθειας της κατασκευής και τα επίπεδα των φορτίων (συντελεστές ελαστικού κρίσιμου φορτίου) στα οποία πραγματοποιήθηκε αυτή η απώλεια ευστάθειας. Οι συντελεστές αυτοί υπολογίζονται για κάθε συνδυασμό φόρτισης, και χρησιμοποιούνται στην καθολική ανάλυση για να προσδιοριστεί η λυγηρότητα και οι μειωτικοί συντελεστές για κάθε μέλος. Αν μειώσουμε την αντίσταση κάθε διατομής με τους μειωτικούς συντελεστές αυτό θα επηρεάζει την συνολική αντίσταση έναντι ευστάθειας της κατασκευής. 

Αν θέλουμε να έχουμε μία συνολική εικόνα για την συμπεριφορά έναντι τοπικού λυγισμού ενός μέλους της κατασκευής το οποίο είναι ευαίσθητο στον λυγισμό μπορούμε να ακολουθήσουμε την εξής διαδικασία στο Consteel:  

Αρχικά, μετατρέπουμε τα μέλη που θέλουμε σε απλά ελάσματα με την αντίστοιχη εντολή του Consteel. Ως αρχικό μοντέλο, θεωρούμε ένα απλό πλαίσιο δύο διαστάσεων, με μεταβλητά στοιχεία, το οποίο αποτελείται από διατομές μορφής Ι, με μία σχετική αύξηση του κορμού στις γωνίες:  

Εκτελώντας την ανάλυση λυγισμού, λαμβάνουμε τα εξής αποτελέσματα με τη μορφή παραμορφώσεων στο φορέα:

Από τον παραμορφωμένο φορέα, φαίνεται ότι η πιο καθοριστική διατομή της κατασκευής είναι αυτή που βρίσκεται στην γωνία του πλαισίου. Αξίζει λοιπόν να εξετάσουμε αυτή την περιοχή και το πως συμπεριφέρεται έναντι τοπικού λυγισμού. Το κρίσιμο φορτίο για τον λυγισμό είναι 4,25.

Χρησιμοποιώντας στη συνέχεια την μετατροπή του μεταβλητού μέλους σε απλά ελάσματα, μετατρέπουμε την δοκό σε διατομή η οποία αποτελείται από συγκολλητά ελάσματα ενωμένα μεταξύ τους (να σημειωθεί ότι η τελική διατομή παραμένει ενιαία):

Όλες οι εκκεντρότητες. οι στηρίξεις, και οι παράμετροι του μοντέλου παραμένουν ίδιες κατά την μετατροπή. Είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε επίσης, ότι στα άκρα των τελικών μελών (μετά την μετατροπή) έχουν δημιουργηθεί τα απαραίτητα άκαμπτα τμήματα τα οποία παρέχουν την δυνατότητα να μεταφερθούν τα φορτία μεταξύ των ραβδωτών μελών και των ελασμάτων:

Κατόπιν, ελέγχουμε την συμπεριφορά αυτού του μέλους έναντι τοπικού λυγισμού, σε σχέση με ολόκληρη την κατασκευή, μετά την εκτέλεση της ανάλυσης λυγισμού στο μοντέλο:

Αυτή τη φορά ο συντελεστής κρίσιμου φορτίου για τον τοπικό λυγισμό είναι 2,73!

Έπειτα, προσθέτουμε, κάνοντας τις σχετικές μετατροπές στη δοκό μας, νευρώσεις (ελάσματα) στον κορμό της διατομής της δοκού:

Τελικά, εκτελώντας εκ νέου την ανάλυση λυγισμού, παρατηρούμε ότι πλέον ο έλεγχος σε τοπικό λυγισμό έχει διαφοροποιηθεί σημαντικά, καθώς ο συντελεστής κρίσιμου φορτίου για τον τοπικό λυγισμό είναι τώρα 3,52!

Επαναλαμβάνοντας την ίδια διαδικασία μπορούμε να φτάσουμε εύκολα στο επιθυμητό συντελεστή!

Μία ακόμα ειδική κατασκευή από ανοξείδωτο χάλυβα, ύψους 7m και μήκους 10m μελετήθηκε με το λογισμικό μεταλλικών κατασκευών Consteel. Οι στηρίξεις της κατασκευής αποτελούνται απο σωληνωτές διατομές ψυχρής έλασης 219,1 με διάμετρο 80 mm και πάχος 3mm. Γενικότερα, το πάχος της τσουλήθρας ήταν 2,5mm αλλά γύρω από τα σημεία σύνδεσης με τις στηρίξεις ήταν αυξημένο κοντά στα 10,5mm. 

Το 3D μαθηματικό μοντέλο της κατασκευής έγινε με το Consteel, όπου η επιφάνεια της τσουλήθρας προσομοιώθηκε με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία ενώ τα μέλη των στηρίξεων με ραβδωτά. Οι συνδέσεις μεταξύ των μελών στήριξης και του λεπτού τοιχώματος της τσουλήθρας υλοποιήθηκαν με άκαμπτα τμήματα. 

Η συμπεριφορά του φορέα έναντι λυγισμού προσδιορίστηκε μέσω ελαστικής ανάλυσης, ενώ ο τοπικός λυγισμός του μεταλλικού τοιχώματος της τσουλήθρας ελέγχθηκε μέσω της μεθόδου μειωμένης τάσης του Ευρωκώδικα.

Μελετητής :George Keller. 

Περιοχή: Sindelfingen, Germany

Πληροφορίες για το consteel : www.ergocad.eu