Úprava matice tuhosti umožňuje inženýrům přizpůsobit chování konstrukčních prvků, aby splnila konkrétní požadavky návrhu nebo simulovala jedinečné podmínky. Tento článek představuje různé přístupy dostupné v RFEM 6 pro úpravu povrchové tuhosti, se zaměřením na jejich aplikaci a vliv na strukturální analýzu.
Porozumění matici tuhosti
Matice tuhosti představuje vztah mezi aplikovanými silami a výslednými přemístěními v konstrukci. Úpravou jejích komponentů mohou inženýři ovlivnit, jak konstrukce reaguje na zatížení. Hlavní metody v RFEM 6 pro úpravu povrchové tuhosti zahrnují:
1. Úprava celkové tuhosti
Tento přístup zahrnuje jednotné škálování všech prvků matice tuhosti jediným faktorem k (obrázek 1), což efektivně zvyšuje nebo snižuje celkovou tuhost povrchu. Je obzvláště užitečný pro proporcionální úpravy na celém povrchu. Hlavní aplikace tohoto přístupu zahrnují:
- Globální úpravy pro simulaci povrchů se zvýšenou nebo sníženou tuhostí.
- Zjednodušené modelování povrchů s konzistentními materiálovými vlastnostmi.
2. Částečné úpravy tuhosti, hmotnosti a hmotnosti
V této metodě jsou konkrétní komponenty matice tuhosti, stejně jako s ní spojené hmotnosti a hmotnosti, každá individuálně upravena (obrázek 2). To umožňuje cílené úpravy při zachování ostatních vlastností beze změny, což poskytuje přesnější kontrolu nad chováním konstrukce.
Pro správnou aplikaci požadovaných úprav je nezbytné identifikovat specifické členy matice, na které se zaměřit. To vyžaduje porozumění, které členy odpovídají ohybové a torzní tuhosti, smykové tuhosti, membránové tuhosti a excentrické tuhosti. Pro usnadnění jsme poskytli obrázek 3.
Příkladně nastavením faktoru kb modifikujete všechny ohybové a torzní členy matice tuhosti následujícím způsobem:
Jedním z příkladů aplikace je řešení vlivů dotvarování a smrštění na kompozitní ocelobetonovou desku. U takových konstrukcí vedou dlouhodobé účinky, jako je dotvarování a smrštění v betonové části, ke snížení ohybové a torzní tuhosti desky. K zohlednění těchto účinků mohou být ohybové a torzní členy v povrchové matici tuhosti (viz obrázek 2-4) jednotně zmenšeny faktorem (tj. kb), který představuje časově závislé snížení tuhosti.
Stejný princip platí při úpravě relevantních faktorů pro smykovou tuhost, membránovou tuhost, excentrickou tuhost a hmotnost. Cílené úpravy, jako je změna ohybové tuhosti při zachování smykových a membránových vlastností, nebo naopak, umožňují:
- Simulaci chování složitých vícevrstevných nebo kompozitních materiálů.
- Řešení vlivů dotvarování a smrštění v kompozitních ocelobetonových deskách.
3. Úprava tuhosti specifická pro prvek
Tato metoda umožňuje úpravu jednotlivých prvků v matici tuhosti aplikací jedinečných faktorů na každý z nich (obrázek 5). Například můžete nezávisle upravit faktory spojené s ohybovou tuhostí, jako například kD11 nebo kD22, což umožňuje samostatnou kontrolu ohybové tuhosti podél os x a y. Praktická aplikace pro toto je kompozitní deska s vlákny převážně orientovanými podél osy x, což vede k výrazně vyšší tuhosti tímto směrem. Abyste zohlednili toto anizotropní chování, může být termín ohybové tuhosti kD11, který odpovídá D11 v povrchové matici tuhosti, zvýšen při zachování ostatních členů beze změny. Tato úroveň kontroly není dosažitelná s metodou částečné úpravy tuhosti, protože úpravy tuhosti se aplikují jednotně na všechny členy související s ohybem nebo torzí.
Tato úroveň detailní úpravy je obzvláště užitečná pro:
- Simulaci složitých materiálových chování
- Řešení lokalizovaných účinků v konstrukci
4. Úprava tuhosti specifická pro standard: ACI 318-9 & CSA A23.3-19
V RFEM 6 mohou být úpravy povrchů aplikovány v souladu s částí 6.6.3.1.1 normy ACI 318-19 a klauzulí 10.14.1.2 normy CSA A23.3-19. Software efektivně zahrnuje snižování tuhosti pro betonové prvky a povrchy napříč různými typy prvků. Dostupné možnosti zahrnují prasklé a neprasklé stěny, ploché desky, desky, nosníky a sloupy. Program využívá vícefaktorové násobiče přímo z tabulky 6.6.3.1.1(a) a tabulky 10.14.1.2. Pro více informací se obraťte na následující článek znalostní báze: KB 1732 | Úprava tuhosti betonu v programu RFEM 6 podle ACI 318-19 a CSA A23.3:19
Závěr
Úprava matice povrchové tuhosti umožňuje inženýrům přizpůsobit chování těchto konstrukčních prvků, aby splnila specifické návrhové potřeby nebo replikuje jedinečné podmínky. Avšak realizace těchto úprav vyžaduje pečlivé zhodnocení strukturálního kontextu a požadovaných cílů, protože změny v matici tuhosti přímo ovlivňují rozložení napětí a deformací v konstrukci. Pokročilý software pro strukturální analýzu, včetně toho vyvinutého společností Dlubal, nabízí nástroje, jako je možnost „Úprava povrchové tuhosti“, pro efektivní provádění těchto úprav, což usnadňuje proces návrhu a analýzy.