Uwzględnienie prętów rozciąganych w analizie dynamicznej

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator

Podgląd oryginalnego tekstu

Zarówno określanie drgań własnych, jak i analiza spektrum odpowiedzi są zawsze przeprowadzane w układzie liniowym. Jeżeli w układzie występują nieliniowości, są one linearyzowane i nie są uwzględniane. W praktyce bardzo często stosowane są proste pręty rozciągane. W tym artykule dowiesz się, w jaki sposób można je w przybliżeniu prawidłowo wyświetlić w analizie dynamicznej.

Uwzględnianie przy określaniu drgań własnych za pomocą modułu dodatkowego RF-/DYNAM Pro - Natural Vibrations

Jeżeli w systemie dostępne są pręty rozciągane, są one zlinearyzowane w module RF-/DYNAM Pro i interpretowane jako pręty kratowe, które mogą równomiernie przenosić siły ściskające i rozciągające. Jedną z możliwości jest określenie drgań własnych w układzie, w którym niektóre pręty rozciągane już uległy uszkodzeniu. W tym celu należy wybrać wstępną deformację w jednym kierunku, a odpowiednie pręty rozciągane należy ręcznie zdezaktywować, aby zasymulować uszkodzenie.

W tym celu w programie głównym (RFEM lub RSTAB) należy zdefiniować przypadek obciążenia, który optymalnie nie zawiera obciążeń (lub tylko bardzo małych), a jedynie aktywuje żądane pręty.

Rysunek 01 - Opcja 'Dezaktywacja' w RSTAB

Rysunek 02 - Opcja „Dezaktywacja” w RFEM

W tym przykładzie dwuwymiarowej ramy zakłada się odkształcenie wstępne w dodatnim kierunku X. Dzięki temu pręty 5, 8 i 11 zostają dezaktywowane w przypadku obciążenia. Ten przypadek obciążenia można następnie zaimportować do RF-/DYNAM Pro - Natural Vibrations jako stan początkowy, korzystając z opcji „Modyfikacje sztywności”. Aby oszacować, w jaki sposób zmieniają się częstotliwości modelu w przypadku uszkodzenia prętów rozciąganych, zaleca się utworzenie kilku przypadków drgań własnych (NVC).

Rysunek 03 - Opcja „Modyfikacje sztywności” w DYNAM Pro

Rysunek 04 - Porównanie kształtów węzłów bez uwzględnienia (po lewej) i przy uwzględnieniu prętów rozciąganych (po prawej)

Uwzględnienie w analizie spektrum odpowiedzi w module dodatkowym RF-/DYNAM Pro - Equivalent Loads

NVC zdefiniowane w pierwszym kroku można następnie przyporządkować do przypadków obciążeń dynamicznych (DLC) w celu przeprowadzenia analizy spektrum odpowiedzi za pomocą obciążeń równoważnych. W DLC 1 kształty modów zostały obliczone w układzie liniowym, a tym samym uwzględnione zostały wszystkie pręty. Jednak w programie RFEM lub RSTAB w eksportowanych przypadkach obciążeń są aktywne pręty rozciągane. Aby zapobiec wykonywaniu obliczeń dla różnych układów konstrukcyjnych i wystąpieniu konfliktu, eksportowane przypadki obciążeń należy obliczać również na układzie liniowym. Jeżeli chcą Państwo przeprowadzić obliczenia całkowicie liniowe, należy wyłączyć nieliniowości dla tych przypadków obciążeń.

Rysunek 05 - Opcja „Dezaktywuj nieliniowości dla tego przypadku obciążenia”

Do DLC 2 została zaimportowana NVC, w której uszkodzone zostały pręty rozciągane. Obciążenia równoważne są zatem oparte na tym samym układzie, co układ, w którym określane są siły wewnętrzne i odkształcenia.

Superpozycja w kombinacji wyników nie jest zalecana w przypadkach 2 i 3 (tzn. Z uwzględnieniem prętów rozciąganych), ponieważ poszczególne udziały modalne są połączone przez superpozycję kwadratową, a zatem znaki zostają utracone. W ten sposób ponownie wystąpiłyby siły ściskające w prętach rozciąganych. W przypadku konstrukcji, w których dla każdego kierunku występuje jeden kształt trybu dominującego, można użyć opcji "Wyniki podpisane w trybie dominującym". W ten sposób pozostaną znaki kształtu dominującego trybu.

Ocena wyników

Drgania naturalne konstrukcji różnią się wartością częstotliwości drgań własnych, ale kierunek i kształt są podobne. Poprzez dezaktywację prętów rozciąganych konstrukcja staje się znacznie bardziej miękka, a częstotliwości są mniejsze z uwagi na niższą sztywność. W obu przypadkach dominujący jest kształt pierwszego trybu (efektywny współczynnik masy wynosi około 80%).

Wyniki analizy spektrum odpowiedzi również znacznie się różnią. Analiza odbywa się na podstawie kształtu pierwszego trybu, to znaczy w obrębie utworzonego przypadku obciążenia. Porównując siły osiowe w prętach rozciąganych, staje się jasne, że zważywszy na pręty rozciągane, znacznie się zwiększają. Wynika to z uszkodzenia prętów poddanych ściskaniu, które w pierwszym przypadku mogą wystąpić i przyczynić się do stabilizacji.

Rysunek 06 - Porównanie sił osiowych w prętach rozciąganych: bez uwzględnienia (po lewej) i przy uwzględnieniu nieliniowości (po prawej)

Całkowita siła trzęsienia ziemi jest jednak większa, jeżeli nieliniowości zostaną pominięte, a tym samym będzie to bezpieczne. Widać to w tabeli "4.0 Wyniki - Podsumowanie". W programie RFEM można również użyć belki wynikowej. Tak więc, jeżeli chce się analizować tylko całkowitą siłę sejsmiczną (na przykład w celu porównania z innymi oddziaływaniami poziomymi), pominięcie elementów rozciągających byłoby po bezpiecznej stronie.

Rysunek 07 - Porównanie całkowitej siły trzęsienia ziemi: bez uwzględnienia (po lewej) i przy uwzględnieniu nieliniowości (po prawej)

W przypadku prętów rozciąganych analizę wyników należy przeprowadzić ręcznie, ponieważ nie można jej uogólnić. Zalecane jest narzędzie Excel, które ręcznie nakłada kwadratowe siły poszczególnych przypadków obciążeń. W przypadku analizy konstrukcji asymetrycznej konieczne byłoby przeanalizowanie deformacji wstępnej w kierunku dodatnim i ujemnym.

Słowa kluczowe

Analiza dynamiczna oddziaływanie sejsmiczne spektrum odpowiedzi Pręt rozciągany Nieliniowość

Literatura

Do pobrania

Kontakt

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

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

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 Analiza dynamiczna
RF-DYNAM Pro - Natural Vibrations  5.xx

Moduł dodatkowy

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

Cena pierwszej licencji
1 030,00 USD
RFEM Analiza dynamiczna
RF-DYNAM Pro - Equivalent Loads 5.xx

Moduł dodatkowy

Analiza sejsmiczna z wykorzystaniem multimodalnej analizy spektrum odpowiedzi

Cena pierwszej licencji
760,00 USD
RSTAB Program główny
RSTAB 8.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczania konstrukcji ramowych, belkowych i szkieletowych, wykonujące obliczenia liniowe i nieliniowe sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

Cena pierwszej licencji
2 550,00 USD
RSTAB Analiza dynamiczna
DYNAM Pro - Natural Vibrations 8.xx

Moduł dodatkowy

Analiza dynamiczna drgań własnych i kształów drgań modeli prętowych

Cena pierwszej licencji
850,00 USD
RSTAB Analiza dynamiczna
DYNAM Pro - Equivalent Loads 8.xx

Moduł dodatkowy

Analiza sejsmiczna z wykorzystaniem multimodalnej analizy spektrum odpowiedzi

Cena pierwszej licencji
580,00 USD