Kip van een ligger met dwarse verstijvers

Deze verificatiestudie werd uitgevoerd voor de IDEA StatiCa Member applicatie. Het doel was om te controleren of de resultaten van LBA en GMNIA correct zijn en of alle schelelementen en eindige elementen van de componenten correct werken. De geometrie van de modellen was gebaseerd op experimenten uitgevoerd bij het AdMaS Center aan de Technische Universiteit van Brno.

Numerieke modellen werden gemaakt in ANSYS, commerciële, algemene software voor de Eindige Elementen Methode. Ligger IPE 180 werd gebruikt met een lengte van 3,3 m van staalsoort S235. Twee randvoorwaarden werden onderzocht:

• Ingeklemd – alle knopen aan één uiteinde zijn ingeklemd (alle vrijheidsgraden zijn geblokkeerd), het andere uiteinde is hetzelfde, behalve dat verplaatsing in de lengterichting van de ligger is toegestaan
• Scharnierend – alleen de knopen van de liggerlijf zijn geblokkeerd (zijdelingse rotatie is toegestaan; aan één uiteinde zijn alle verplaatsingen geblokkeerd, en aan het andere uiteinde is verplaatsing in de lengterichting van de ligger toegestaan)

De verstijvers waren 60 graden gekanteld ten opzichte van de verticale as. De twee verstijvers werden symmetrisch geplaatst met variërende onderlinge afstand. Er werden geen lassen gemodelleerd; de knopen van aangrenzende meshes werden direct samengevoegd. 

In ANSYS werden lineaire statische analyse, lineaire knikanalyse en geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met imperfecties uitgevoerd. De imperfecties waren gelijk aan L/300, waarbij L de staaflengte is (3,3 m).

De plastische rek is te zien in de volgende afbeelding:

De bijbehorende modellen werden gemaakt in IDEA StatiCa Member. De doorsnede van de aangrenzende staven werd gekozen als zeer groot en kort in vergelijking met de geanalyseerde ligger, zodat zij de resultaten niet beïnvloeden.

De vergelijking van de resultaten staat in de onderstaande tabel. F_Rd is de kipweerstand bepaald door GMNIA, w_y is de zijdelingse doorbuiging in het midden van de overspanning bij de maximaal bereikte belasting, en F_cr is de kritische knikbelasting bepaald door LBA. Verstijverposities geven de X-positie van de verstijver aan vanaf de linker knoop in IDEA StatiCa Member.

De resultaten van beide softwarepakketten komen nauw overeen. IDEA Member geeft een iets lagere kritische knikbelasting en een iets hogere kipsterkte.

Het verschil wordt voornamelijk veroorzaakt door de modellering van de verstijvers. In Ansys worden de knopen samengevoegd op de hartlijnen van de platen, maar in Member is de verstijver korter. Deze eindigt aan het plaatoppervlak en de opening wordt gevuld door lassen. Het gevolg is dat de kortere plaat in IDEA Member iets stijver is dan de langere in Ansys.