Podpory węzłowe

Podpory służą do przenoszenia obciążeń z konstrukcji na fundament. Bez zastosowania podpór wszystkie węzły byłyby swobodne i mogłyby się przesuwać lub obracać. Jeżeli węzeł ma pracować jako podpora, co najmniej jeden z jego stopni swobody musi zostać zablokowany lub ograniczony sprężyną. Ponadto węzeł ten musi być częścią powierzchni lub pręta.

Odkształcenia wymuszone węzła są możliwe tylko dla odpowiednio podpartych węzłów.

Aby przypisać do podpory węzłowej właściwości nieliniowe, można zdefiniować kryteria zniszczenia dla sił rozciągających lub ściskających, rozerwania i uplastycznienia lub wykresów pracy i sztywności.

Symbol w nazwie podpory węzłowej zdefiniowanej przez użytkownika wskazuje, które stopnie swobody są zablokowane. W programie domyślnie zdefiniowane są następujące typy podpór:

• Przegubowa
• Utwierdzenie
• Przesuwna
• Przesuwna w X'
• Przesuw w Y'

Główne

Zakładka Główne zawiera podstawowe parametry podpory.

Układ współrzędnych

Każda podpora węzłowa posiada lokalny układ współrzędnych. Układ ten jest domyślnie zorientowany równolegle do globalnych osi X, Y i Z. W przypadku utworzenia układu współrzędnych zdefiniowanego przez użytkownika lub zdefiniowania go za pomocą przycisku , można również użyć tego układu odniesienia.

Warunki podparcia

Warunki podparcia są podzielone na 'Translacyjne' i 'Obrotowe' stopnie swobody. Pierwsze z nich opisują podparcie w kierunku osi podpory, drugie - ograniczenia obrotu względem tych osi.

Aby zdefiniować podparcie lub utwierdzenie, należy zaznaczyć pole wyboru dla odpowiedniej osi. Znacznik wyboru wskazuje, że stopień swobody jest zablokowany i nie jest możliwe przemieszczenie lub obrót węzła w danym kierunku lub względem niego.

W przypadku braku podpory lub utwierdzenia należy usunąć zaznaczenie z odpowiedniego pola wyboru. Stała sprężyny translacyjnej lub obrotowej zostanie wówczas ustawiona na zero. 'Stałą sprężystości' można w każdej chwili zmienić, aby zamodelować sprężyste podparcie węzła. Sztywności sprężyste należy wprowadzić jako wartości obliczeniowe.

W kolumnie 'Nieliniowość' można sterować przenoszeniem sił wewnętrznych i momentów dla każdego elementu. Na liście nieliniowości dostępne są odpowiednie opcje, w zależności od stopnia swobody.

Podpory pracujące nieliniowo są wyświetlane na grafice przy użyciu innego koloru.

Zniszczenie, jeżeli siła podporowa/moment podporowy są ujemne lub dodatnie

Ta opcja pozwala w prosty sposób określić, czy podpora może przenosić tylko dodatnie, czy tylko ujemne siły lub momenty: Jeżeli siła lub moment działa w niedozwolonym kierunku, dana część podpory ulega zniszczeniu. Pozostałe ograniczenia i utwierdzenia pozostają efektywne.

Kierunki 'ujemny' i 'dodatni' odnoszą się do sił lub momentów przyłożonych do podpory węzłowej w odniesieniu do odpowiednich osi (a zatem nie odnoszą się one do sił reakcji podpory). Znaki wynikają z kierunku osi globalnych: Jeżeli globalna oś Z jest skierowana w dół, przypadek obciążenia "Ciężar własny" wywołuje dodatnią siłę podporową P_Z.

Zniszczenie wszystkich, jeżeli siła podporowa/moment podporowy są ujemne lub dodatnie

W odróżnieniu od opisanego powyżej zniszczenia pojedynczej części w tym przypadku zniszczeniu ulega cała podpora, jeżeli część jest nieefektywna.

W przypadku wybrania innego typu nieliniowości można zdefiniować parametry w zakładkach Częściowa aktywność, Wykres lub Tarcie.

Opcje

Przy użyciu pól wyboru w tej sekcji okna można zdefiniować dalsze właściwości podpory węzłowej. W zależności od wyboru zostają dodane zakładki Określony kierunek lub Sztywność za pomocą fikcyjnego słupa.

Określony kierunek

Zakładka Określony kierunek umożliwia obrót podpory. Dzięki temu nie ma potrzeby tworzenia układu współrzędnych zdefiniowanego przez użytkownika.

Typ kierunku

Istnieje kilka opcji usytuowania podpory: możliwy jest jej obrót względem osi podpory X', Y', Z', ustawienie względem jednego lub dwóch węzłów lub też umieszczenie równolegle do pręta lub linii. Żądane obiekty można wybrać graficznie za pomocą przycisku .

Sztywność za pomocą fikcyjnego słupa

Zakładka Sztywność za pomocą fikcyjnego słupa jest szczególnie zalecana dla podpór punktowych w konstrukcjach 2D. Można tutaj określić stałe sprężystości podpory na podstawie parametrów słupa, który nie jest odwzorowany w modelu. Ponadto, ponieważ podpora punktowa tylko częściowo opisuje warunki w obszarze głowicy słupa, dostępne są specjalne makroelementy słupa. Na podstawie warunków brzegowych program RFEM określa stałe sprężystości podpory . Pozwala to na realistyczne modelowanie bez efektów osobliwości, które powstałyby w przypadku utwierdzenia w pojedynczym węźle ES.

Parametry

Definiując 'Model podpory' użytkownik ma do wyboru trzy możliwości. Są one oznaczone odpowiednimi symbolami w oknie graficznym.

• W przypadku modelu 'Podłoże sprężyste powierzchni' zostaje wyodrębniona powierzchnia o wymiarach słupa, do której zostaje zastosowane podłoże sprężyste. Współczynniki podłoża obliczane są na podstawie geometrii i materiału słupa.
• W przypadku modelu 'Sprężyste podparcie węzła' wyodrębniona powierzchnia zostaje podparta punktowo. Podpora modelowana jest z zastosowaniem sprężyn translacyjnych i rotacyjnych, obliczonych na podstawie geometrii i materiału słupa. W celu uwzględnienia większej sztywności na zginanie w obszarze słupa grubość powierzchni zostaje wewnętrznie podwojona.
• Model 'Podpora węzłowa z dostosowaną siatką ES' odpowiada sprężystej podporze węzłowej, jednak w podporach punktowych nie są stosowane sprężyny.

W dalszej części sekcji należy wprowadzić dane dotyczące słupa, wymagane do określenia sztywności sprężystych. Geometria 'Głowicy słupa' może być opisana jako prostokątna lub kołowa, opcjonalnie poprzez obrót słupa.

'Wysokość słupa' ma wpływ na stałe sprężystości translacyjnej i obrotowej.

Przekrój i materiał słupa

Do wyznaczenia stałych sprężystości wymagane są właściwości przekroju i materiału słupa. Jeżeli słup nie jest 'Taki jak głowica słupa' (czyli nie jest prostokątny, ani kołowy), można wybrać z listy odpowiedni przekrój lub zdefiniować nowy.

Z listy należy wybrać 'Materiał słupa'. Za pomocą przycisków i można utworzyć nowy materiał.

Warunki słupa

Rodzaj podparcia przy głowicy oraz przy podstawie słupa jest uwzględniany przy określaniu sprężyn translacyjnych i obrotowych. Na liście do wyboru dostępne są następujące opcje:

• Przegubowa
• Podatna
• Utwierdzenie

W przypadku wybrania opcji 'Podatna' można określić stopień utwierdzenia przy podstawie słupa, wyrażony w procentach.

'Sztywność na ścinanie' słupa jest domyślnie uwzględniana przy wyznaczaniu sztywności.

Sprężystość podpory z uwagi na fikcyjny słup

W tej sekcji okna dialogowego wyświetlane są stałe sprężystości podpór, wynikające z geometrii i właściwości materiałowych słupa. Wartości te zostają przeniesione do zakładki 'Główne'.

Częściowa aktywność

Częściowa aktywność elementu podpory jest dostępna jako nieliniowa właściwość podpory (zob. rysunek nieliniowości podpory).

Działanie podpory należy zdefiniować dla 'Strefy ujemnej' oraz 'Strefy dodatniej'. Reguła dotycząca znaków jest wyjaśniona w rozdziale Uszkodzenie. Na liście 'Typ' do wyboru są różne kryteria skuteczności podpory.

• Pełna aktywność: Część podpory jest w pełni efektywna.
• Utwierdzenie od przemieszczenia/obrotu podpory: Sprężystość translacyjna lub obrotowa jest efektywna tylko do określonego przemieszczenia lub obrotu. W przypadku przekroczenia wartości granicznej zaczyna działać podpora przegubowa nieprzesuwna lub utwierdzenie.
• Przerwanie od siły podporowej/momentu podporowego: Podpora pracuje tylko do osiągnięcia określonej siły lub momentu. W przypadku przekroczenia wartości granicznej podpora ulega uszkodzeniu.
• Uplastycznienie od siły podporowej/momentu podporowego: Podpora pracuje tylko do osiągnięcia określonej siły lub momentu. Po jej przekroczeniu odkształcenia nadal rosną, ale naprężenia pozostają stałe.
• Uszkodzenie: Część podpory nie jest efektywna.

Większość typów podpór można łączyć z 'Poślizgiem', co oznacza, że podpora zaczyna pracować dopiero po osiągnięciu określonego przemieszczenia lub obrotu.

Wykres

Wykres części podpory jest dostępny jako nieliniowa właściwość podpory (zob. rysunek nieliniowości podpory).

W kolumnie 'Przemieszczenie' lub 'Obrót' należy zdefiniować liczbę punktów definicji dla wykresu pracy, wprowadzając odpowiednie wartości. W kolumnie 'Siła' lub 'Moment' można następnie przypisać wartości x przemieszczeń lub obrotów do sił lub momentów podporowych.

Dla 'Początku wykresu' i 'Końca wykresu' do wyboru są następujące kryteria:

• Przerwanie: Podpora jest efektywna tylko do maksymalnej wartości siły lub momentu. W przypadku przekroczenia wartości granicznej podpora ulega uszkodzeniu.
• Uplastycznienie: Podpora jest efektywna tylko do maksymalnej wartości siły lub momentu. Po jej przekroczeniu odkształcenia nadal rosną, ale naprężenia pozostają stałe.
• Ciągły: Poza zakresem definicji zostaje zastosowana stała sprężystości ostatniego kroku.
• Ograniczenie: Dopuszczalne odkształcenie jest ograniczone do maksymalnej wartości przemieszczenia lub obrotu. W przypadku przekroczenia wartości granicznej zaczyna działać podpora przegubowa nieprzesuwna lub utwierdzenie.

Wykres sztywności

Wykres sztywności elementu podpory jest dostępny jako nieliniowa właściwość podpory obrotowej.

Najpierw na liście 'Sztywność zależna od' (w zakładce na dole) należy zdefiniować składową siły podporowej, od której zależy stała sprężystości. Opcja |P| przedstawia wypadkową siłę podporową.

Następnie należy określić liczbę punktów definicji wykresu roboczego, wprowadzając odpowiednie wartości w kolumnie 'Siła'. W kolumnie 'Sprężystość' można teraz przypisać odpowiednie stałe sprężystości.

Dla 'Początku wykresu' i 'Końca wykresu' do wyboru są następujące kryteria:

• Przerwanie: Podpora jest efektywna tylko do maksymalnej wartości siły. W przypadku przekroczenia wartości granicznej podpora ulega uszkodzeniu.
• Uplastycznienie: Podpora jest efektywna tylko do maksymalnej wartości siły. Po jej przekroczeniu odkształcenia nadal rosną, ale naprężenia pozostają stałe.
• Ciągły: Poza zakresem definicji zostaje zastosowana stała sprężystości ostatniego kroku.

Tarcie

Na liście 'Nieliniowość' do wyboru są cztery opcje definiowania Tarcia podpory translacyjnej w zależności od innego elementu podpory (zob. rysunek nieliniowości podpory).

Przenoszone siły podporowe zostają powiązane z siłami ściskającymi działającymi w innym kierunku. W zależności od wyboru dokonanego w zakładce 'Główne' tarcie zależy od tylko jednej siły podporowej lub od siły całkowitej, będącej sumą dwóch działających jednocześnie sił podporowych. Między siłą podporową a siłą tarcia istnieje następująca zależność:

FAQ 003537 wyjaśnia, w jaki sposób można uwzględnić tarcie na podporze węzłowej.

Poniższy model słupa przedstawia podporę, w której siły poziome przenoszone są przez tarcie. Siły poziome nie mogą jednak przekraczać 10% siły pionowej. W PO 1 warunek ten jest spełniony. W PO 2 model staje się niestateczny, ponieważ obciążenie poziome jest zbyt duże.