25672x
003045
26.1.2022

Nestabilita

Můj model je nestabilní. Čím by to mohlo být?


Odpověď:

Přerušení výpočtu kvůli nestabilní konstrukci může mít různé příčiny. Na jedné straně to může ukazovat na "skutečnou" nestabilitu vlivem přetížení systému, ale na druhé straně mohou být za toto chybové hlášení odpovědné i nepřesnosti v modelování. V následujícím textu najdete možný postup pro nalezení příčiny nestability.

1. Kontrola modelování

Nejdříve je třeba zkontrolovat, zda je systém z hlediska modelování správný. Zde se nabízí použití kontrolních nástrojů z programu RFEM/RSTAB [Nástroje → Kontrola modelu]. Pomocí těchto možností je možné například najít identické uzly a překrývající se pruty a v případě potřeby je smazat.


Dále je potom možné model spočítat při zatížení vlastní tíhou v zatěžovacím stavu podle teorie prvního řádu. Pokud se zde zobrazí výsledky, je konstrukce vzhledem k modelování stabilní. Pokud tomu tak není, jsou níže uvedeny nejčastější příčiny (viz také video "Kontrola modelu" v sekci "Ke stažení"):

  • Nesprávná definice podpor / chybějící podpory
    To může vést k nestabilitě, protože systém není podepřen ve všech směrech. Proto je nezbytné, aby podporové podmínky byly v rovnováze se systémem a také s vnějšími okrajovými podmínkami. Staticky neurčité systémy také vedou k přerušení výpočtu z důvodu nedostatečných okrajových podmínek.



  • Kroucení prutů okolo vlastní osy
    Pokud dochází ke kroucení prutů okolo vlastní osy, tzn. že prut nedrží okolo vlastní osy, může v důsledku toho dojít k nestabilitě. Častou příčinou je nastavení kloubů na koncích prutů. Může se stát, že jak na počátečním, tak i na koncovém uzlu byly zavedeny torzní klouby. Je však třeba věnovat pozornost upozorněním, která se zobrazí při spuštění výpočtu.



  • Chybějící spojení prutů
    Zvláště v případě rozsáhlých a složitých modelů se může rychle stát, že některé pruty nejsou vzájemně spojeny, a proto se „volně vznášejí ve vzduchu“. Pokud zapomeneme také na křížení prutů, které by se měly protínat, může to také vést k nestabilitě. Řešení nabízí kontrola modelu pomocí možnosti "Křížící se nespojené pruty", která vyhledá pruty, které se kříží, ale v průsečíku nemají společný uzel.



  • Žádný společný uzel
    Uzly leží očividně na stejném místě, při bližším posouzení se však od sebe mírně odchylují. Často je to způsobeno importem CAD souborů, což je ale možné opravit pomocí kontroly modelu.



  • Příliš mnoho kloubů na konci prutu v uzlu
    Příliš mnoho kloubů na koncích prutů v uzlu také může způsobit přerušení výpočtu. Pro každý uzel je možné zadat pouze n-1 kloubů se stejným stupněm volnosti vzhledem ke globálnímu souřadnému systému, kde „n“ je počet připojených prutů. Totéž platí pro liniové klouby.



2. Kontrola vyztužení

Chybějící vyztužení také vede k přerušení výpočtu v důsledku nestability. Proto byste měli vždy zkontrolovat, zda je konstrukce dostatečně vyztužena ve všech směrech.


3. Numerické problémy

K tomuto bodu je uveden příklad na Obrázku 08. Jedná se o kloubový rám vyztužený tahovými pruty. V prvním výpočetním cyklu budou z důvodu zkrácení stojky vlivem svislých zatížení všechny tyto pruty zatíženy malými tlakovými silami. Jsou odstraněny ze systému (protože lze přenášet pouze tah). V druhé iteraci bude konstrukce bez těchto prutů nestabilní. Tento problém lze vyřešit několika způsoby. U tahových prutů můžete použít předpětí (zatížení na prut), pro "eliminaci" malých tlakových sil, dále je možné prutům přiřadit malou tuhost nebo můžete pruty jeden po druhém odstranit (viz Obrázek 08).


4. Identifikace příčin nestability


  • Automatická kontrola modelu s grafickým zobrazením výsledků
    Pro grafické znázornění příčiny nestability lze použít přídavný modul RF-STABILITY (pro RFEM 5) nebo addon Stabilita konstrukce (pro RFEM 6). Pro výpočet nestabilní konstrukce vyberte možnost "Spočítat vlastní tvar pro nestabilní model" (viz Obrázek 9) nebo "Spočítat bez zatížení pro posouzení nestability pomocí vlastního tvaru". Na základě dat modelu se provede analýza vlastních čísel, takže jako výsledek se graficky zobrazí nestabilita příslušného konstrukčního prvku.



  • Problém kritického zatížení
    Pokud je možné spočítat zatěžovací stavy nebo kombinace zatížení podle lineární statické analýzy a výpočet se spustí až podle teorie druhého řádu, nastává problém se stabilitou (součinitel kritického zatížení je menší než 1,00). Součinitel kritického zatížení udává, jakým součinitelem se musí vynásobit zatížení, aby se model při odpovídajícím zatížení stal nestabilním (např. vybočení). To znamená, že: pokud je součinitel kritického zatížení menší než 1,00, konstrukce je nestabilní. Pouze kladná hodnota součinitele kritického zatížení větší než 1,00 vypovídá o tom, že při zatížení vlivem působících normálových sil, které vynásobíme daným součinitelem, dochází k stabilitnímu selhání konstrukce ve vzpěru. Pro nalezení „slabého místa“ doporučujeme následující postup, který vyžaduje přídavný modul RF-STABILITY (RFEM 5), RSBUCK (RSTAB 8) nebo addon Stabilita konstrukce (RFEM 6/RSTAB 9) (viz také video). "Problém s kritickým zatížením" v sekci "Ke stažení").

    Nejdříve je třeba zmenšit zatížení příslušné kombinace zatížení, až je kombinace zatížení stabilní. Jako pomocný prostředek přitom slouží součinitel zatížení ve parametrech výpočtu kombinace zatížení. To také odpovídá ručnímu stanovení součinitele kritického zatížení, pokud nejsou k dispozici výše uvedené přídavné moduly nebo addony. U čistě lineárních konstrukčních prvků může být postačující vypočítat kombinaci zatížení podle lineární statické analýzy a vypočítat ji přímo v přídavném modulu nebo nechat stanovit kritické zatížení. Pomocí grafického tvaru vybočení této kombinace zatížení lze případně najít „slabé místo“ v systému a provést nápravná opatření. Aby bylo možné kromě globálních vlastních tvarů stanovit také lokální tvary selhání prutů, doporučuje se v modulu RF-STABILITY (RFEM 5) aktivovat dělení prutů nebo nastavit dělení pro příhradové nosníky alespoň na "2". U addonu Stabilita konstrukce (RFEM 6/RSTAB 9) byste měli zkontrolovat, zda je aktivováno dělení prutů pro pruty.




Recenzent

Pan Dlubal dohlíží na provozní činnost a má na starosti lidské zdroje v Dlubal Software GmbH. Věnuje se také marketingu a prodeji.

Linky
Staženo