25671x
003045
2022-01-26

Niestateczność

My model is unstable. Jaka może być przyczyna?


Odpowiedź:

Przerwanie obliczeń spowodowane niestatecznością układu może mieć różne przyczyny. Z jednej strony ten komunikat o błędzie może wskazywać na „rzeczywistą“ niestateczność z powodu przeciążenia układu konstrukcyjnego, z drugiej strony może on wynikać również z niedokładności modelowania. Poniżej opisano możliwy sposób postępowania w celu znalezienia przyczyny niestateczności.

1. Sprawdzenie modelowania

Najpierw należy sprawdzić poprawność modelowania układu. Zaleca się korzystanie z narzędzi do kontroli modelu dostępnych w programie RFEM/RSTAB (Narzędzia → Sprawdzenie modelu). Opcje te umożliwiają na przykład znajdowanie identycznych węzłów i nakładających się prętów, które można w razie potrzeby usunąć.


Ponadto można obliczyć konstrukcję obciążoną czystym obciążeniem własnym w przypadku obciążenia, na przykład zgodnie z liniową analizą statyczną. Wyświetlanie wyników w tym miejscu oznacza, że konstrukcja jest stabilna. Jeśli tak nie jest, poniżej wymieniono najczęstsze przyczyny (patrz też film „Sprawdzenie modelu” w sekcji „Pliki do pobrania”):

  • Nieprawidłowa definicja podpór/brak podpór
    Może to prowadzić do niestateczności, ponieważ konstrukcja nie jest podparta we wszystkich kierunkach. Z tego względu warunki podparcia muszą być w równowadze zarówno z układem konstrukcyjnym, jak i z zewnętrznymi warunkami brzegowymi. Również układy chwiejne mogą powodować przerwanie obliczeń ze względu na brakujące warunki brzegowe.



  • Skręcanie prętów względem ich własnych osi
    Jeżeli pręty obracają się wokół własnej osi, a więc pręt nie jest utwierdzony względem własnej osi, może to prowadzić do niestateczności. Często jest to spowodowane ustawieniami przegubów prętowych. Może się zatem zdarzyć, że zarówno w węźle początkowym, jak i w węźle końcowym zostały wprowadzone zwolnienia obrotu. Należy jednak zwrócić uwagę na ostrzeżenie, które pojawia się po rozpoczęciu obliczeń.



  • Brakujące połączenie prętów
    Szczególnie w przypadku dużych i złożonych modeli może się zdarzyć, że niektóre pręty nie są ze sobą połączone, przez co "unoszą się w powietrzu". Również sytuacja, gdy zapomnimy o krzyżujących się prętach, które powinny się ze sobą przecinać, może prowadzić do niestateczności. Rozwiązanie umożliwia opcja "Krzyżujące się, niepołączone pręty", wyszukująca pręty, które się krzyżują, ale nie mają wspólnego węzła w punkcie przecięcia.



  • Brak wspólnego węzła
    Węzły pozornie leżą w tym samym miejscu, ale jeśli przyjrzymy im się uważniej, widać, że są od siebie minimalnie oddalone. Jest to często spowodowane importem plików CAD, które można jednak oczyścić przy użyciu kontroli modelu.



  • Tworzenie łańcucha przegubów
    Zbyt duża liczba przegubów prętowych w jednym węźle również może spowodować przerwanie obliczeń. Dla każdego węzła można zdefiniować tylko n-1 przegubów o tym samym stopniu swobody względem globalnego układu współrzędnych, gdzie „n“ jest liczbą połączonych prętów. To samo dotyczy zwolnień liniowych.



Drugi Sprawdzenie usztywnienia

Brak usztywnień również może prowadzić do przerwania obliczeń z powodu niestateczności. Dlatego zawsze należy sprawdzić, czy konstrukcja jest wystarczająco usztywniona we wszystkich kierunkach.


3. Problemy numeryczne

Przykład tego pokazano na rysunku 08. Jest to rama przegubowa usztywniona prętami rozciąganymi. Z powodu skrócenia słupków pod wpływem obciążeń pionowych w pierwszym etapie obliczeń pręty rozciągane są obciążone małymi siłami ściskającymi. Zostają one usunięte z konstrukcji (ponieważ przenoszone może być tylko rozciąganie). W drugim etapie obliczeń model bez prętów rozciąganych jest niestateczny. Istnieje kilka sposobów rozwiązania tego problemu. Można zastosować naprężenie wstępne (obciążenie prętowe) do prętów rozciąganych w celu "wyeliminowania" małych sił ściskających, nadać prętom małą sztywność lub usuwać pręty jeden po drugim w obliczeniach (patrz Rysunek 08).


4. Wykrywanie przyczyn niestateczności


  • Automatyczna kontrola modelu z graficznym wyświetlaniem wyników
    Aby uzyskać graficzną prezentację przyczyny niestateczności konstrukcji, można użyć modułu dodatkowego RF-STABILITY (dla programu RFEM 5) lub rozszerzenia Stateczność konstrukcji (dla programu RFEM 6). Aby obliczyć niestateczną konstrukcję, należy wybrać opcję "Oblicz wektor własny dla modelu niestatecznego" (patrz rys. 09) lub "Oblicz bez obciążenia dla kontroli niestateczności według kształtu drgań". Na podstawie danych konstrukcyjnych przeprowadzana jest analiza wartości własnych, w wyniku której niestateczność danego elementu konstrukcyjnego zostaje przedstawiona w postaci graficznej.



  • Problem obciążenia krytycznego
    Jeżeli przypadki obciążeń lub kombinacje obciążeń można obliczyć według liniowej analizy statycznej, a obliczenia rozpoczynają się dopiero od analizy drugiego rzędu, oznacza to, że występuje problem ze statecznością (współczynnik obciążenia krytycznego mniejszy niż 1,00). Współczynnik obciążenia krytycznego oznacza wartość, przez którą należy pomnożyć określone obciążenie, aby model pod tym obciążeniem utracił stateczność (np. uległ wyboczeniu). Z tego wynika: Współczynnik obciążenia krytycznego mniejszy niż 1,00 oznacza, że konstrukcja jest niestateczna. Tylko dodatni współczynnik obciążenia krytycznego większy niż 1,00 oznacza, że obciążenie wywołane wstępnie zdefiniowanymi siłami osiowymi pomnożone przez ten współczynnik powoduje utratę stateczności konstrukcji. W celu znalezienia "słabego punktu" zalecamy następującą metodę, która wymaga modułu RF- STABILITY (RFEM 5), RSBUCK (RSTAB 8) lub rozszerzenia Stateczność konstrukcji (RFEM 6/RSTAB 9) (patrz również wideo). "Problem obciążenia krytycznego" w sekcji "Pliki do pobrania").

    Najpierw należy zmniejszać obciążenie danej kombinacji obciążeń do momentu, aż kombinacja obciążeń będzie stabilna. Pomocny jest przy tym współczynnik obciążenia w parametrach obliczeniowych kombinacji obciążeń. Odpowiada to również ręcznemu określeniu współczynnika obciążenia krytycznego w przypadku braku wyżej wymienionych modułów dodatkowych lub rozszerzeń. W przypadku czysto liniowych elementów konstrukcyjnych może być wystarczające obliczenie kombinacji obciążeń zgodnie z liniową analizą statyczną i obliczenie jej bezpośrednio w module dodatkowym lub określenie na tej podstawie obciążenia krytycznego. Korzystając z graficznego trybu wyboczenia dla tej kombinacji obciążeń, można znaleźć „słaby punkt” w układzie konstrukcyjnym i podjąć działania naprawcze. Aby określić lokalne postacie zniszczenia prętów, oprócz globalnych kształtów drgań własnych, zaleca się aktywować podział pręta w RF-STABILITY (RFEM 5) lub ustawić podział dla kratownic na co najmniej "2". W przypadku rozszerzenia Stateczność konstrukcji (RFEM 6/RSTAB 9) należy sprawdzić, czy zostały aktywowane podziały prętów dla prętów.




Autor

Pan Dlubal jest odpowiedzialny za działalność operacyjną oraz za zasoby ludzkie w Niemczech. Zajmuje się również marketingiem i sprzedażą.

Po lewej
Pobrane