Nieliniowa analiza historii czasowej na przykładzie konstrukcji wieży za pomocą sprężonych kabli

Artykuł techniczny na temat analizy statyczno-wytrzymałościowej w programach Dlubal Software

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator

Podgląd oryginalnego tekstu

W układzie konstrukcyjnym może występować wiele nieliniowości. W celu realistycznego modelowania ich w analizie dynamicznej opracowano moduł dodatkowy RF-DYNAM Pro - Nonlinear Time Histoey. W celu wyjaśnienia, w jaki sposób działa moduł dodatkowy, na poniższym przykładzie opisano sposób postępowania.

System konstrukcyjny i badania wstępne

Układem konstrukcyjnym jest wieża składająca się z przekroju rury RO 355,6 x 10 o wytrzymałości stalowej S235. Pośrodku wieży jest podparta dwoma wstępnie sprężonymi kablami i zamocowana u podstawy. Naprężenie wstępne w kablach wynosi 100 kN.

Rysunek 01 - Układ

Przed rozpoczęciem analizy historii czasowej przeprowadzana jest analiza modalna w celu analizy zachowania dynamicznego. Ponieważ analiza modalna jest zawsze liniowa, nie można uwzględnić wpływu kabli. Kable są zastępowane przez kratownice liniowe. Moduł dodatkowy RF-DYNAM Pro oferuje jednak bardziej realistyczne modelowanie zachowania się kabli. W zakładce "Naturalne przypadki drgań" należy użyć funkcji "Modyfikacje sztywności". Opcja ta umożliwia zmianę macierzy sztywności geometrycznej używanej do obliczania wartości własnych. Z tego względu w tym przykładzie można uwzględnić naprężenie wstępne kabli poprzez zaimportowanie odpowiedniego przypadku obciążenia.

Uwzględnienie naprężenia wstępnego w znacznym stopniu prowadzi do wyższych częstotliwości drgań własnych w porównaniu z analizą bez uwzględnienia naprężenia wstępnego oraz do realistycznego odwzorowania częstotliwości drgań własnych konstrukcji. Ważne jest, aby znać częstotliwości drgań własnych, co umożliwi konwersję tłumienia i zrozumienie zachowania się konstrukcji. Wartości dla dwóch kształtów trybu zarządzania są następujące:

Wektor własny nrCzęstotliwość kątowa ω [rad / s]Częstotliwość własna f [Hz]Współczynnik masy efektywnego modulowania [-]
112.9262.0570,281
681,31012.9410,345

Dane wejściowe w RF-DYNAM Pro - Nieliniowa historia czasowa

Analizowana sytuacja jest działaniem poziomego obciążenia wiatrem o wielkości 10 kN, działającego jako pojedyncze obciążenie na górnym końcu wieży. W omawianym przykładzie ruch wiatru jest znacznie uproszczony i przedstawiony za pomocą wykresu przebiegu czasowego.

Rysunek 02 - Wykres czasowy w RF-DYNAM Pro

Uwzględnienie wszystkich nieliniowości w module dodatkowym "Nieliniowa historia czasowa" uwzględnia charakterystykę kabla. Obejmuje to uszkodzenie przewodów pod ciśnieniem i wpływ naprężenia wstępnego.

W takim przypadku zostanie wybrana "Nieliniowa niejawna analiza Newmark". W tym celu do uzyskania dokładnych wyników niezbędny jest wystarczająco mały etap czasowy. W tym celu można przeprowadzić analizę zbieżności w stopniach czasowych. W tym przykładzie wybrano krok czasowy 0,001 s. Mniejsza liczba kroków czasowych nie zapewnia dokładniejszych wyników.

Ponadto naprężenie wstępne kabli jest importowane jako "warunek". Stan ten powinien działać jako stan stacjonarny, co oznacza, że w całym czasie występuje naprężenie wstępne.

Jako amortyzację przyjęto tłumienie Lehr's na poziomie 0,02. Ponieważ niejawna analiza Newmark wymaga zdefiniowania tłumienia Rayleigha, tłumienie Lehra musi zostać przekonwertowane. Odbywa się to w programie poprzez zdefiniowanie częstotliwości kątowych dwóch kształtów trybu rządzącego. Stosuje się tu następujący wzór:

Wzór 1

Di = α2 · ωi  β · ωi2

Ocena wyników

Liczne funkcje są dostępne do oceny wyników. Z jednej strony ruch układu konstrukcyjnego można przedstawić graficznie, dla każdego zapisanego kroku czasowego, dla obwiedni dynamicznej lub jako animację przebiegu czasowego. Z drugiej strony do analizy można użyć monitora przebiegu czasowego, w którym można wybrać dowolny węzeł lub pręt, dzięki czemu wyniki będą widoczne w określonym czasie.

W przypadku wieży decydujące są odkształcenia i przyspieszenia w górnym węźle. W oparciu o przyspieszenia można dodatkowo wyznaczyć kwadratowy kwadrat średni. Wyniki te można porównać z wymaganymi wartościami.

Rysunek 03 - Ocena na wykresie przebiegu w czasie: przyspieszenia

Rysunek 04 - Ocena na wykresie przebiegu w czasie: przemieszczenia

Siła osiowa w kablach pokazuje wpływ naprężenia wstępnego. Siła osiowa zaczyna się od wartości 87,7 kN. W wyniku tego oba kable cały czas pozostają w polu rozciągania i nie ulegają uszkodzeniu.

Rysunek 05 - Analiza na wykresie czasowym: siły osiowe w kablach

Inną możliwością jest eksport wyników do przypadków obciążeń (eksportowanych są wyniki pojedynczych kroków czasowych) lub kombinacji wyników (eksportowane są wyniki obwiedni dynamicznych). Za pomocą tych wyników w modułach obliczeniowych można przeprowadzać dalsze weryfikacje.

Autor

Stine Effler, M.Sc.

Stine Effler, M.Sc.

Product Engineering & Customer Support

Słowa kluczowe

Historia czasu Nieliniowy Kabel Dynamika

Literatura

Do pobrania

Linki

Skomentuj...

Skomentuj...

  • Odwiedziny 1338x
  • Zaktualizowane 27. lipca 2021

Kontakt

Skontaktuj się z firmą Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

Szkolenie online | Angielski

RFEM | Dynamika konstrukcji i projektowanie sejsmiczne zgodnie z EC 8

Szkolenie online 11. sierpnia 2021 8:30 - 12:30 CEST

Szkolenia online | Angielski

RFEM dla studentów | USA

Szkolenie online 11. sierpnia 2021 13:00 - 16:00 EDT

Online Training | Polish

Bezpłatne szkolenie online RFEM | Podstawowe

Szkolenie online 12. sierpnia 2021 9:30 - 12:00 CEST

Szkolenie online | Angielski

Eurokod 3 | Konstrukcje stalowe Zgodnie z DIN EN 1993-1-1

Szkolenie online 25. sierpnia 2021 8:30 - 12:30 CEST

Szkolenia online | Angielski

Eurokod 5 | Konstrukcje drewniane Zgodnie z DIN EN 1995-1-1

Szkolenie online 23. września 2021 8:30 - 12:30 CEST

Projektowanie szkła za pomocą oprogramowania Dlubal

Projektowanie szkła za pomocą oprogramowania Dlubal

Webinar 8. czerwca 2021 14:00 - 14:45 CEST

Analiza historii czasu wybuchu w RFEM

Analiza czasowa eksplozji w RFEM

Webinar 13. maja 2021 14:00 - 15:00 EDT

CSA S16: 19 Wymiarowanie stali w RFEM

CSA S16: 19 Wymiarowanie stali w RFEM

Webinar 10. marca 2021 14:00 - 15:00 EDT

Wymiarowanie prętów zgodnie z ADM 2020 w RFEM

Wymiarowanie prętów zgodnie z ADM 2020 w RFEM

Webinar 19. stycznia 2021 14:00 - 15:00 EDT

Dzień informacyjny Dlubal

Dlubal Info Day Online | 15 grudnia 2020 r

Webinar 15. grudnia 2020 9:00 - 16:00 BST

MES - Rozwiązywanie problemów i optymalizacja w RFEM

Rozwiązywanie problemów i optymalizacja MES w RFEM

Webinar 11. listopada 2020 14:00 - 15:00 EDT

}
RFEM
RFEM

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RFEM

Moduł dodatkowy

Analiza dynamiczna drgań własnych i kształtów drgań prętów, powierzchni i brył

Cena pierwszej licencji
1 030,00 USD