Przerwanie obliczeń z powodu niestatecznego układu może mieć różne przyczyny. Z jednej strony może wskazywać na „rzeczywistą” niestateczność spowodowaną przeciążeniem układu, z drugiej strony przyczyną mogą być niedokładności w modelowaniu. Poniżej opisano możliwy sposób postępowania w celu znalezienia przyczyny niestateczności.
1. Kontrola modelowania
W pierwszej kolejności należy sprawdzić, czy układ jest poprawnie zamodelowany. Służą do tego dostępne w programie RFEM lub RSTAB narzędzia kontroli modelu (Narzędzia → Kontrola modelu). Umożliwiają one na przykład znalezienie identycznych węzłów lub nakładających się prętów i ich ewentualne usunięcie.
Można też przeprowadzić obliczenia konstrukcji np. obciążonej tylko ciężarem własnym w przypadku obciążenia według teorii I rzędu. Jeżeli po wykonaniu tych kroków zostaną wyświetlone wyniki, sam model konstrukcji jest stateczny. W przypadku braku wyników poniżej przedstawiono najczęstsze przyczyny:
- Błędna definicja podpór/brak podpór
Może to prowadzić do niestateczności, ponieważ układ nie jest podparty we wszystkich kierunkach. Dlatego konieczne jest, aby warunki podparcia były w równowadze zarówno z układem konstrukcyjnym, jak i zewnętrznymi warunkami brzegowymi. Również układy statycznie niewyznaczalne mogą powodować przerwanie obliczeń ze względu na brakujące warunki brzegowe.
- Skręcanie prętów wokół własnej osi
Jeśli pręty obracają się wokół własnej osi, a więc nie są utwierdzone względem własnej osi, może to prowadzić do niestateczności. Często przyczyną są ustawienia przegubów prętów. Może się zatem zdarzyć, że zarówno w węźle początkowym, jak i w węźle końcowym wprowadzono zwolnienia obrotu.
- Brak połączenia prętów
Szczególnie w przypadku większych i bardziej 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
Na pierwszy rzut oka wydaje się, że węzły 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 opcji kontroli modelu.
- Powstawanie łańcucha przegubów
Zbyt duża liczba przegubów prętowych w jednym węźle może powodować powstawanie łańcucha przegubów, co prowadzi do przerwania obliczeń. Dla każdego węzła można zdefiniować tylko n-1 przegubów o tym samym stopniu swobody w odniesieniu do globalnego układu współrzędnych, gdzie „n” jest liczbą połączonych prętów. To samo dotyczy zwolnień liniowych.
2. Kontrola usztywnienia
Brak usztywnienia również prowadzi do przerwania obliczeń z powodu niestateczności. Dlatego zawsze należy sprawdzić, czy konstrukcja jest wystarczająco usztywniona we wszystkich kierunkach.
3. Problemy numeryczne
Ilustracją do tego punktu jest następujący przykład: Rama przegubowa jest 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 tych prętów rozciąganych jest niestateczny.
Istnieje kilka możliwości rozwiązania tego problemu. Można zastosować do prętów rozciągających naprężenie wstępne (obciążenie prętowe) w celu „wyeliminowania” małych sił ściskających, przypisać prętom małą sztywność lub stopniowo usuwać pręty podczas obliczeń. To ustawienie obliczeń jest zautomatyzowane w RSTAB 9, a w RFEM 6 można je włączyć opcjonalnie.
4. Wykrywanie przyczyn niestateczności
- Automatyczna kontrola modelu z graficznym wyświetlaniem wyników
W uzyskaniu graficznego przedstawienia przyczyny niestateczności może pomóc rozszerzenie Stateczność konstrukcji. Opcja „Oblicz bez obciążenia w celu sprawdzenia niestateczności za pomocą postaci własnej” umożliwia obliczanie niestatecznych układów. Na podstawie danych konstrukcyjnych przeprowadzana jest analiza wartości własnych, w wyniku której niestateczność danego elementu zostaje przedstawiona w postaci graficznej.
- Problem z obciążeniem krytycznym
Jeżeli przypadki lub kombinacje obciążeń można obliczyć według teorii I rzędu, a obliczenia zostają przerwane dopiero przy analizie według teorii II rzędu, występuje problem ze statecznością (współczynnik obciążenia krytycznego mniejszy niż 1,00). Współczynnik obciążenia krytycznego oznacza wartość, przez którą należy pomnożyć obciążenie, aby model pod tym obciążeniem utracił stateczność (np. ulegał wyboczeniu). Współczynnik obciążenia krytycznego mniejszy niż 1,00 oznacza zatem, że układ jest niestateczny. Tylko dodatni współczynnik większy niż 1,00 pozwala stwierdzić, że obciążenie zadanymi siłami osiowymi pomnożone przez ten współczynnik powoduje wyboczenie stabilnego układu. Aby zlokalizować „słaby punkt”, zaleca się następujący sposób postępowania, wymagający rozszerzenia Stateczność konstrukcji.
Najpierw należy zmniejszać obciążenie w odpowiedniej kombinacji obciążeń, aż do uzyskania stateczności. Pomocny może być przy tym współczynnik obciążenia w parametrach obliczeniowych kombinacji obciążeń. Odpowiada to również ręcznemu wyznaczeniu współczynnika obciążenia krytycznego w sytuacji, gdy rozszerzenie Stateczność konstrukcji nie jest dostępne. W przypadku liniowych elementów konstrukcji wystarczające może być obliczenie kombinacji obciążeń według teorii I rzędu i określenie współczynnika obciążenia krytycznego przy użyciu rozszerzenia. Dzięki graficznemu przedstawieniu postaci wyboczenia dla tej kombinacji obciążeń można zlokalizować problematyczne miejsce w układzie i podjąć środki zaradcze.