Uma interrupção no cálculo devido a um sistema instável pode ter várias causas. Por um lado, pode indicar uma instabilidade "real" causada pela sobrecarga do sistema; por outro, imprecisões na modelação também podem ser responsáveis por esta mensagem de erro. No texto seguinte encontra-se um possível procedimento para identificar a causa da instabilidade.
1. Verificação da modelação
Primeiro, deve-se verificar se o sistema está correto em termos de modelagem. Para isso, é recomendável utilizar as ferramentas de verificação de modelo disponíveis no RFEM ou RSTAB (Ferramentas → Verificação do modelo). Desta forma, é possível encontrar, por exemplo, nós idênticos ou barras sobrepostas e corrigi-los, se necessário.
Além disso, pode-se calcular a estrutura apenas sujeita à carga do peso próprio em um caso de carga de acordo com a análise linear estática. Se os resultados forem exibidos, a estrutura encontra-se estável relativamente à modelação. Caso contrário, as causas mais comuns são listadas a seguir:
- Definição incorreta de apoios / Falta de apoios
Isso pode levar a instabilidades, pois o sistema estrutural não está apoiado em todas as direções. Portanto, é essencial que as condições de apoio estejam em equilíbrio com o sistema estrutural e as condições de fronteira externas. Sistemas estáticos subdeterminados também podem causar interrupções no cálculo devido à falta de condições de fronteira.
- Torção de barras em torno do seu próprio eixo
Quando barras torcem em torno do seu próprio eixo, isto é, a barra não se encontra apoiada sobre o seu próprio eixo, pode gerar instabilidades. Isso geralmente ocorre devido às configurações das articulações de barras, onde articulações de torção são aplicadas tanto no nó inicial como no final.
- Conexão de barras ausente
Em modelos maiores e mais complexos, pode acontecer que algumas barras não se encontrem conectadas e se encontrem a "flutuar no ar". Esquecer barras cruzadas que deveriam se interceptar também pode causar instabilidades. Como solução pode utilizar a verificação do modelo para "Barras cruzadas não conectadas" que pesquisa barras que se cruzam mas não têm um nó comum no ponto de interseção.
- Falta de nó comum
Os nós parecem estar na mesma posição, mas após observação mais detalhada, estes diferem ligeiramente estre si. Isso é comum em importações de CAD, é possível corrigir com a ajuda da verificação do modelo.
- Formação de uma corrente articulada
Muitas articulações de extremidade de barra em um nó podem causar uma corrente articulada, levando a uma interrupção do cálculo. Em cada nó, apenas n-1 articulações com o mesmo grau de liberdade relativo ao sistema de coordenadas global podem ser definidas, onde "n" é o número de barras conectadas. O mesmo se aplica a articulações de linha.
2. Verificação do contraventamento
Falta de contraventamento também causa interrupções no cálculo devido a instabilidades. Portanto, sempre verifique se a estrutura está adequadamente contraventada em todas as direções.
3. Problemas numéricos
De seguida é apresentado um exemplo desta problemática: Uma estrutura articulada é contraventada por barras de tração. Devido ao encurtamento das colunas por cargas verticais, as barras de tração recebem pequenas forças de compressão na primeira iteração e são removidas do sistema estrutural (uma vez que apenas tração pode ser absorvida). Na segunda iteração, o modelo sem essas barras de tração é instável.
Há várias soluções para este problema. Pode aplicar uma pré-tensão (carga de barra) às barras de tração para "neutralizar" as pequenas forças de compressão, atribuir uma pequena rigidez às barras ou remover as barras uma a uma no cálculo. Esta configuração de cálculo é automatizada no RSTAB 9 e pode ser ativada opcionalmente no RFEM 6.
4. Identificação da causa de instabilidade
- Verificação de modelo automática com a visualização gráfica dos resultados
Para uma representação gráfica da causa de uma instabilidade, o módulo adicional Estabilidade Estrutural pode ajudar. Selecione a opção "Calcular vetor próprio para modelo instável ...", é possível calcular sistemas instáveis. É realizada uma análise de valores próprios com base nos dados da estrutura, resultando na representação gráfica da instabilidade do componente estrutural afetado.
- Problema de carga crítica
Se casos de carga ou combinações de carga são calculados de acordo com a análise geométrica linear e a interrupção do cálculo ocorrer apenas a partir da teoria de 2ª ordem, há um problema de estabilidade (fator de carga crítico menor que 1,00). O fator de carga crítico indica o fator pelo qual a carga deve ser multiplicada para que o modelo sob a carga associada se torne instável (por exemplo, encurvadura). Um fator crítico menor que 1,00 significa que o sistema é instável. Apenas um fator crítico positivo maior que 1,00 significa que a carga devido às forças axiais predefinidas multiplicadas por este fator levará à rutura por encurvadura do sistema estável. De forma a identificar o "ponto fraco", recomenda-se o seguinte procedimento, que requer o módulo adicional Estabilidade Estrutural.
Primeiro, a carga da combinação de carga afetada deve ser reduzida até que a combinação se torne estável. O fator de carga nos parâmetros de cálculo da combinação de carga ajuda nisso, equivalendo a uma determinação manual do fator crítico se o módulo Estabilidade Estrutural não estiver disponível. Para elementos estruturais puramente lineares, pode ser suficiente calcular a combinação de carga de acordo a análise estática linear e determinar a carga crítica com o módulo adicional. A partir da forma da encurvadura gráfica desta combinação de carga, pode-se identificar o ponto problemático no sistema e tomar contramedidas.