A CBFEM egy egyedülálló módszer acél kapcsolatok, szerkezeti elemek és horgonyzások tervezéséhez és szabványellenőrzéséhez. Különböző topológiájú csomópontok, horgonyzások és részletek többségénél alkalmazható.
Component Based Finite Element Method (CBFEM) módszer:
- Kellően általános ahhoz, hogy a mérnöki gyakorlatban előforduló csomópontok, alapozások és részletek többségénél alkalmazható legyen.
- Kellően egyszerű és gyors a napi gyakorlatban, hogy az eredményeket a jelenlegi módszerekkel és eszközökkel összehasonlítható időn belül szolgáltassa.
- Kellően átfogó ahhoz, hogy a statikus mérnökök számára egyértelmű információt nyújtson a csomópont viselkedéséről, a feszültségről, az alakváltozásról, az egyes komponensek tartalékairól, valamint az általános biztonságról és megbízhatóságról.
A csomópont ellenőrzése a szabványos komponens alapú módszerben és az IDEA StatiCa Connection-ben alkalmazott CBFEM-ben a csomópont összes részének – a komponenseknek – az ellenőrzésén alapul. A komponensek lehetnek csavarok, horgonyok, hegesztések, lemezek és beton az alapozásnál.
A CBFEM a teljes csomópontot a fent említett elkülönített komponensekre bontja. Ezután az elemzési modellt a szoftver automatikusan létrehozza az egyes komponensekből.
Maga az ellenőrzés két lépésből áll:
- A csomópont egyes komponenseiben ébredő erők kiszámítása
- Minden egyes komponens ellenőrzése a szabványos egyenletek alapján
Erők kiszámítása
Az IDEA StatiCa Connection-ben implementált CBFEM egyszerűsíti az egyes komponensek viselkedését. Hogyan?
A modell olyan szerkezeti elemekből áll, amelyekre a terhelés hat, valamint gyártási műveletekből (beleértve a merevítő elemeket), amelyek az elemek egymáshoz való csatlakoztatására szolgálnak.
Az elemzett végeselem-modell automatikusan generálódik. A tervező nem hozza létre a végeselem-modellt, hanem gyártási műveleteksegítségével hozza létre a csomópontot.
Ennek köszönhetően az erők egyszerűsítő feltételezések nélkül kerülnek kiszámításra. A többi hatás, mint például a komponensek kölcsönhatása stb., szintén kiszámításra kerül.
Továbbá, mivel a komponensek valós merevségét figyelembe veszik, az eredmények tartalmazzák a feszítő erőt. Semmi sem kerül elhanyagolásra.
Ellenőrzés és eredmények kiértékelése
A szilárdsági elemzés a csomópontok legfontosabb elemzése. A lemezek alakváltozás-ellenőrzése a komponensek szabványellenőrzésével együtt rugalmas-képlékeny elemzéssel történik.
A csomópontok elemzése anyagilag nemlineáris. A terhelésnövekmények fokozatosan kerülnek alkalmazásra, és a feszültségi állapot kerül meghatározásra.
Lemezek ellenőrzése
A lemezek rugalmas-képlékeny anyaggal vannak modellezve, névleges folyási plató meredekséggel az EN 1993-1-5, Par. C.6, (2) szerint, tan-1 (E/1000).
Az anyagviselkedés a von Mises-féle folyási kritériumon alapul. A méretezési folyáshatár fyd eléréséig rugalmasnak tekintendő.
A kihajlásra nem érzékeny területek teherbírási határállapot-kritériuma a főalakváltozás határértékének elérése. 5 % értéke ajánlott (pl. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, 1. megjegyzés).
Az elméleti háttér egyes részei az egyes támogatott nemzeti szabványokhoz:
Egyéb komponensek ellenőrzése
Az ellenőrzések a kiszámított erőkre a szabványban szereplő egyenletekkel azonos egyenletekkel kerülnek elvégzésre minden módszerben. A csavarokhoz, horgonyokhoz, hegesztésekhez és betonblokkhoz használt egyenletek az alkalmazásban megjelennek, és alaposan áttekinthetők.
Csavarok ellenőrzése
Az IDEA StatiCa Connection csavarjai a megfelelő szabványok szerint kerülnek ellenőrzésre. További információkért olvassa el a Csavarok és csavaros kapcsolatok cikket.
Hegesztések ellenőrzése
A hegesztések esetében is az ellenőrzés a megfelelő szabványok szerint történik.
A hegesztések ellenőrzésével kapcsolatos részletes információk a Connection alkalmazásban a Hegesztés/Hegesztések az IDEA StatiCa-ban cikkben találhatók.
Betonblokk ellenőrzése
A betonblokk számításának elvei a Betonblokk szerkezeti modellje cikkben kerülnek magyarázatra.
Az elméleti háttér egyes részei az egyes támogatott nemzeti szabványokhoz:
Hogyan lehet a CBFEM egyszerre szabványnak megfelelő és a valós viselkedést tükröző?
A tervezés-orientált végeselem-elemzés (CBFEM) úgy van optimalizálva, hogy a szabványellenőrzés szempontjából releváns eredményeket szolgáltasson, miközben lefedi a valós szerkezet viselkedését. Ugyanakkor figyelembe veszi a szabvány által meghatározott biztonsági tartalékot.
Nézze meg a videót, és találja meg a kérdéseire adott választ.
A CBFEM elemzés főbb jellemzői
Hallott már az MNA vagy GMNA rövidítésekről, amelyek a szoftverben szerepelnek, de nem tudja, mit jelentenek? Az elemzés tulajdonságai, az anyag vagy a geometria nemlinearitása. Mi az, amit a CBFEM ajánl és végez?
Tekintse meg a következő videót, és ismerje meg a megközelítéseket.
Validálás és verifikálás
Eredetileg két egyetemi csapat több mint három évet töltött a CBFEM módszer verifikálásával és validálásával.
Az idők során számos új verifikációs tanulmány készült a világ különböző egyetemeivel együttműködve (USA, Hollandia, Németország, Svájc, Dél-Amerika és mások).
Mit jelent pontosan a validálás és a verifikálás? A validálási és verifikálási folyamat megerősíti, hogy a szoftver eredményei helyesek.
A verifikálás egy analitikai módszerrel való összehasonlítás, amelyet leggyakrabban az építési szabvány tartalmaz (pl. AISC, EN stb.).
A szabványokban szereplő analitikai módszereket egyszerűsítések terhelik, és a szabvány és a CBFEM eredményei bonyolult kapcsolatok esetén eltérhetnek, különösen az érvényességi tartomány határain. Ebben az esetben a CBFEM és egy kísérletekkel validált fejlett modell összehasonlítása bizonyítja, hogy a CBFEM biztonságos, még akkor is, ha az ellenállások magasabbak, mint a szabvány által meghatározottak.
A validálás egy numerikus modell és egy kísérlet összehasonlítása.
A numerikus modell gyakran rendkívül fejlett, anyagi és geometriai nemlinearitásokat is tartalmaz. A geometria és az anyagtulajdonságok megegyeznek a kísérletben mértekkel. Ha a numerikus modell eredményei – jellemzően a terhelés-elmozdulás és a feszültség-alakváltozás görbék – közel vannak a kísérlet eredményeihez, a numerikus modell validált. A numerikus modell anyagtulajdonságait ezután névleges értékekre változtatják, a tökéletlenségeket a gyártási tűrések szerint növelik, és számos érzékenységi vizsgálatot lehet elvégezni a paraméterek megváltoztatásával, pl. a lemezek vastagsága, az anyag folyáshatára.
Végül a numerikus modell eredményeit összehasonlítják a CBFEM eredményeivel. Az eredményeknek nem kell tökéletesen egybeesniük, de az eredményeknek biztonságosnak kell lenniük, és az eltéréseknek elfogadható tartományon belül kell lenniük.
A legfontosabb verifikációs és validálási példák a „Component-based finite element design of steel connections" könyvben kerültek publikálásra.
A Támogatási Központunkban számos verifikációs tanulmányt, valamint laboratóriumi tesztekkel való összehasonlítást találhat. Az alábbi linken keresztül érheti el őket.
Szeretné fejleszteni a tudását? Látogasson el a Campus oldalunkra
Tanulja meg az IDEA StatiCa hatékony használatát önállóan elvégezhető e-learning kurzusainkkal
Kezdje el a tanulást
