FAQ 003045 | My model is unstable. Jaka może być przyczyna?

Pytanie:
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 zamodelowania układu konstrukcyjnego. Zalecane jest korzystanie z narzędzi do kontroli modelu dostarczanych przez RFEM/RSTAB (Narzędzia → Sprawdzenie modelu). Opcje te umożliwiają na przykład znajdowanie identycznych węzłów i nakładających się prętów, które można w razie potrzeby usunąć.

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. Jeżeli tak nie jest, poniżej przedstawiamy najczęstsze przyczyny (patrz też film „Sprawdzenie modelu” w sekcji „Pliki do pobrania”):

Niepoprawna 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 wokół własnej 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 na początku 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 przegubowego
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 wstępne naprężenie (obciążenie prętowe) do prętów rozciąganych w celu "wyeliminowania" małych sił ściskających, nadania prętom małej sztywności lub usunięcia prętów jeden po drugim w obliczeniach (patrz rysunek 08).

4. Wykrywanie przyczyn niestateczności

Automatyczna kontrola modelu z graficznym wyświetlaniem wyników
Moduł dodatkowy RF-STABILITY (RFEM) może pomóc w uzyskaniu graficznego przedstawienia przyczyny niestateczności. Po wybraniu opcji „Oblicz wektor własny dla modelu niestabilnego…” (patrz rysunek 09) możliwe jest obliczenie konstrukcji niestabilnej. Na podstawie danych konstrukcyjnych przeprowadzana jest analiza wartości własnych, w wyniku której niestateczność danego elementu konstrukcyjnego zostaje przedstawiona w postaci graficznej.

Problem z obciążeniem krytycznym
Jeżeli przypadki obciążeń 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). Ten współczynnik obciążenia krytycznego wskazuje liczbę, przez którą należy pomnożyć obciążenie, aby model ...