Klopení nosníku s příčnými výztuhami

Tato ověřovací studie byla provedena pro aplikaci IDEA StatiCa Member. Cílem bylo zajistit, aby výsledky LBA a GMNIA byly správné a aby všechny skořepinové prvky a konečné prvky komponent fungovaly správně. Geometrie modelů vycházela z experimentů provedených v centru AdMaS na Vysokém učení technickém v Brně.

Numerické modely byly vytvořeny v ANSYS, komerčním univerzálním softwaru pro analýzu metodou konečných prvků. Byl použit nosník IPE 180 o délce 3,3 m z oceli třídy S235. Byly zkoumány dvě okrajové podmínky:

• Vetknutí – všechny uzly na jednom konci jsou vetknuty (všechny stupně volnosti jsou zamezeny), druhý konec je stejný s výjimkou povoleného pohybu v podélném směru nosníku
• Kloubový – jsou zamezeny pouze uzly stojiny nosníku (boční natočení je povoleno; na jednom konci jsou všechna přemístění zamezena, na druhém konci je povolen pohyb v podélném směru nosníku)

Výztuhy byly skloněny 60 stupňů od svislé osy. Dvě výztuhy byly umístěny symetricky s proměnnou vzájemnou vzdáleností. Svary nebyly modelovány, uzly sousedních sítí byly přímo sloučeny. 

V programu ANSYS byly provedeny lineární statická analýza, lineární analýza boulení a geometricky a materiálově nelineární analýza s imperfekcemi. Imperfekce byly rovny L/300, kde L je délka prvku (3,3 m).

Plastické přetvoření je patrné na následujícím obrázku:

Odpovídající modely byly vytvořeny v IDEA StatiCa Member. Průřez příslušných prvků byl zvolen jako velmi velký a krátký ve srovnání s analyzovaným nosníkem, aby neovlivňoval výsledky.

Porovnání výsledků je uvedeno v tabulce níže. F_Rd je únosnost proti klopení stanovená metodou GMNIA, w_y je boční průhyb uprostřed rozpětí nosníku při maximálním dosaženém zatížení a F_cr je kritické zatížení při boulení stanovené metodou LBA. Polohy výztuh udávají polohu výztuhy v ose X od levého uzlu v IDEA StatiCa Member.

Výsledky obou softwarových balíků si vzájemně dobře odpovídají. IDEA Member poskytuje mírně nižší kritické zatížení při boulení a mírně vyšší únosnost proti klopení.

Rozdíl je způsoben především modelováním výztuh. V programu Ansys jsou uzly sloučeny na střednicích plechů, zatímco v programu Member je výztuha kratší. Končí na povrchu plechu a mezera je vyplněna svary. Výsledkem je, že kratší plech v IDEA Member je mírně tužší než delší plech v programu Ansys.