Vergelijking van LBA- en GMNIA-resultaten in IDEA Member met experimentele gegevens en numerieke oplossing
1. Doelstelling
Het doel van dit artikel is de verificatie van de LBA-module (lineaire bifurcatieanalyse) en de validatie van de GMNIA-module (geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met imperfecties) van de IDEA StatiCa Member applicatie. De resulterende kritieke belastingen uit IDEA Member worden vergeleken met een numerieke oplossing uit [1] en de resulterende weerstanden worden vergeleken met zowel experimentele gegevens als de numerieke oplossing uit [1].
2. Modelbeschrijving
In totaal werden 9 afzonderlijke gevallen geanalyseerd. Deze zijn ontleend aan de studie [1]; de aanduiding van de afzonderlijke proefstukken werd gehandhaafd: (A1–A3), (A4–A6) en (E1–E3). De werkelijke doorsnede-afmetingen en de werkelijke materiaaleigenschappen werden in beschouwing genomen. Twee verschillende sets randvoorwaarden werden onderzocht (RV1 – stijf, RV2 – eenassig scharnierend), waarbij ook variatie in de relatieve slankheid van de kolom aanwezig was.
Afb. 1: Randvoorwaarden (van links naar rechts) stijf (A1–A3); eenassig scharnierend (A4–A6); stijf (E1–E3)
3. Resultaten
De invoergegevens en resultaten van de berekening zijn samengevat in Tabel 1. De doorsnede-afmetingen en materiaaleigenschappen worden gepresenteerd, evenals de waarde van de beginimperfectie e0, aangenomen als L/300. Deze waarde is gebaseerd op [2], waar wordt aangetoond dat deze het gedrag van hoekprofielen onder druk het best beschrijft.
De kritieke belasting uit IDEA Member (index M) wordt vergeleken met een numerieke oplossing [1] (index FEM). De maatgevende weerstand uit IDEA Member (index M) wordt vergeleken met een numerieke oplossing [1] (index FEM) en tevens met de experimentele gegevens (NR).
Tab. 1: Doorsnede-afmetingen, materiaaleigenschappen en resultaten
3.1. Lineaire knikanalyse
De resultaten van de LBA-verificatie zijn bevredigend; de kritieke belastingen uit beide softwareoplossingen komen in alle gevallen op één na (A4) goed overeen, waarbij het verschil in resultaten 13 % bedraagt. In alle overige gevallen is het verschil kleiner dan 5 %.
Grafiek 1: Kritieke belastingswaarden voor de onderzochte proefstukken
Grafiek 2: Vergelijking kritieke belasting – FEM vs. CBFEM
Afb. 2: Eerste knikvorm uit LBA (proefstuk A6)
3.2. Geometrisch en materieel niet-lineaire analyse met imperfecties
De resultaten van de GMNIA-validatie tonen een goede overeenkomst met de experimentele gegevens.
Er is ook een goede overeenkomst bij de verificatie van de CBFEM-resultaten ten opzichte van FEM, met de grootste afwijking onder 5 %.
Grafiek 3: Maatgevende weerstandswaarden
Grafiek 4: Vergelijking maatgevende weerstand – FEM vs. CBFEM
Afb. 3: GMNIA-resultaten – plastische rek bij maatgevende weerstand (proefstuk A6)
4. Literatuur en referenties
[1] Kettler, M., Lichtl, G., Unterweger, H. Experimental tests on bolted steel angles in compression with varying end supports. Journal of Constructional Steel Research. 155 (2019). 301-315.
[2] Kettler, M., Taras, A., Unterweger, H. Member capacity of bolted steel angles in compression: Influence of realistic end supports. Journal of Constructional Steel Research. 130 (2017). 22–35.