Gecondenseerde superelementen - onzichtbaar maar essentieel

Totdat versie 21 werd uitgebracht, waren er niet veel manieren om de staalstaafverbindingen realistischer te modelleren dan met de IDEA StatiCa-toepassing. Maar toch waren er situaties waarbij de waarden van de randspanning onnauwkeurig waren en niet overeenkwamen met het werkelijke gedrag van de staalelementen. Het was niet eenvoudig om de juiste manier te vinden om gefocust te blijven op het ontwerp van de verbinding, alleen het gebied dicht bij de constructieknoop op te lossen en tegelijkertijd rekening te houden met het gedrag van de rest van de verbonden staven.

Maar het ontwikkelingsteam is erin geslaagd de juiste manier te vinden. Ze hebben het model drastisch uitgebreid door delen van elementen toe te voegen die niet zichtbaar zijn, maar wel essentieel voor het hele model. Deze onderdelen worden gecondenseerde superelementen genoemd en zij doen al het harde werk met de gedragsverbetering.

Deze verandering zorgt ervoor dat de uiteinden van de elementen die zichtbaar zijn in de modelscène helemaal niet de uiteinden zijn. In vorige versies zaten de uiteinden vast in hun vlak en hier konden vaak niet-realistische spanningspieken ontstaan. Nu kunnen ze deplane - ze kunnen niet alleen vervormen binnen het dwarsdoorsnedevlak, maar ook loodrecht op dit vlak.

Vooral bij de verbindingen met holle doorsneden komen de resultaten beter overeen met experimentele tests en ontwerpcodeformuleringen.

Aan de andere kant betekent deze verandering ook dat de spanningspieken die zich oorspronkelijk in de eindsecties bevonden zich dichter naar het verbindingsknooppunt kunnen en zullen verplaatsen. In sommige gevallen kunnen de verbindingselementen worden blootgesteld aan grotere krachten in 'gecondenseerde superelementen tijden'.

Drie voordelen voor jou

Deze verbetering brengt ook handige neveneffecten met zich mee - de stubs die door schaalelementen worden gesimuleerd kunnen nu korter zijn. De belangrijkste voordelen van deze wijziging zijn:

• Gemiddeld 30% snellere rekentijden
• Snellere visualisatie van resultaten
• Nauwkeurigere modellering van holle-profielverbindingen

Andere geweldige nieuwe functies en verbeteringen die in versie 21 zijn geïntroduceerd, worden gespecificeerd in onze gedetailleerde Release notes.

Nieuwe lengtes van staven

Onze gebruikers zijn gewend aan de standaardlengtes van de staven in het ontwerpmodel voor verbindingen. Deze waren afhankelijk van het type doorsnede (hol / open).

Nu is de standaardlengte ingesteld op dezelfde waarde van 1,25 x de grootste van de buitenafmetingen van de doorsnede voor beide types. De lengte van de gecondenseerde superelementen is 4 x de grootste van de buitenafmetingen van de doorsnede voor standaard spanning-rekanalyse. Omdat we de knikmodevormen binnen de interne platen van de verbinding wilden houden en niet in de staven, is de lengte van de superelementen voor lineaire knik- en stijfheidsanalyse ingesteld op 0,5 x de grootste van de buitenafmetingen van de doorsnede.

Hoewel deze wijzigingen oorspronkelijk werden gemaakt voor de verbetering van holle doorsnede verbindingen, hielpen ze ook andere soorten verbindingen om dichter bij het echte gedrag te komen.

Je kunt je afvragen wat de belangrijkste gevolgen zijn. Er zullen ongetwijfeld enkele resultaatveranderingen tussen versies optreden. In de overgrote meerderheid van de verbindingen zijn de verschillen in resultaten minder dan 1%.

Gevallen met grotere verschillen vestigen de aandacht op het onderwerp waar de praktijk botst met de theorie. Dit onderwerp is gerelateerd aan torsie-effecten op profielen met een open doorsnede. Om verschillende redenen worden deze effecten verwaarloosd door constructeurs en zijn ze ook niet opgenomen in de globale FEM-analysetoepassingen.

Torsie-effecten

Het is geen raketwetenschap, maar het hoeft ook niet voor de hand liggend te zijn. Laten we dus wat theorie erbij halen:

Afhankelijk van het type open doorsnede, de randvoorwaarden van het lid en het type belasting, kunnen er twee soorten torsiegedrag optreden, rekening houdend met de hypothese van Vlasov:

• Zuivere torsie (St. Venant)
• Gemengde torsie gecombineerd met zuivere torsie en kromtrekkingstorsie
  • zuivere torsie wordt gekenmerkt door inwendige kracht _Tt (zuiver torsiemoment) met als gevolg zuivere schuifspanning _τt
  • kromtorsie wordt gekarakteriseerd door inwendige krachten B(bimoment) en_Tw (kromtorsiemoment) met als resultaat krommende normaalspanning _σw en kromtorsiespanning _τw

In IDEA StatiCa Connection versie 21.0 werd het kromtrekken beperkt door de meerpuntsbeperkingen die het knooppunt verbinden met het balkuiteinde. Deze constraints worden gebruikt om belastingen op te leggen in het model. Het nieuwe gecondenseerde superelement duwt de restraints verder en het element kan vervormen. Dit resulteert in een grotere bimoment in de verbinding.

Hier zie je een paar voorbeelden van verbindingen waarbij deze wijzigingen tot een significant ander resultaat hebben geleid:

De balkstomp onder torsie

Eenzijdige eindplaat balk-naar-balk verbinding

Verbinding tussen ligger en kolom

Wanneer je dergelijke gevallen behandelt, vooral als je resultaten vergelijkt tussen versies, moet je er rekening mee houden dat de rekenmodellen niet hetzelfde zijn. De staven zijn langer en de stijfheid van de verbinding is kleiner. De verschillen in resultaten zijn dus te verwachten bij sommige verbindingselementen.

Maar je hebt altijd een aantal opties om te controleren om onjuiste uitvoer te voorkomen. Vanaf versie 21 is het belangrijker dan ooit om de functie 'Belastingen in evenwicht' te gebruiken.

Vaak wil je het verbindingsmodel dat je in de oudere versie hebt gemaakt, controleren in de meest recente versie. Dan moet je niet vergeten om de parameters in de Code setup op de nieuwe standaardwaarden in te stellen, om geen appels met peren te verwisselen.

Als je er echter 100% zeker van wilt zijn dat je IDEA StatiCa-toepassing versie 21.0 werkt met de best mogelijke gegevens, modelleer dan het hele rekenmodel in versie 21 vanaf nul.

Als je geïnteresseerd bent in de theoretische achtergrond achter de verbeteringen die in versie 21 zijn geïntroduceerd, kun je zeer nuttige en grondig voorbereide informatie van onze specialisten vinden in dit kennisbankartikel.