Моделирование стержневой модели
В RFEM мы можем преобразовать стержни с тонкостенными сечениями в плоскостные элементы. Поэтому нам нужно сначала создать стержневую модель, а затем преобразовать соответствующие стержни. Модель, которую мы применим в статье, отображена на рисунке 01 a.
Речь идет о раме здания с рамочным соединением, в котором часть рамы обозначенная стрелкой была преобразована в плоскостную модель. Длина стержней имеет большое значение по двум причинам.
- Плоскостная модель требует разделения на гораздо большее количество конечных элементов, чем стержень. Поэтому рекомендуется выбрать как можно меньшую длину стержня, для того, чтобы снизить сложность расчета и уменьшить время его выполнения. С другой стороны расчет более точен с большим количеством конечных элементов и большей частью модели, состоящей из поверхностей.
- Преобразование стрежня в плоскостные элементы требует правильного переноса нагрузок, так как нагрузка на стержень должна быть перенесена с узла на линии сечения. Для того, чтобы получить реалистичное распределение нагрузки, стержень не должен быть слишком коротким.
Чтобы выполнить оба требования, мы можем применить общее правило распределения нагрузки под углом 60 °. Область приложения нагрузки должна по меньшей мере равняться наибольшей ширине сечения.
На рисунке 02 показано сравнение трех смоделированных рамочных соединений в одном сечении, которое было расположено посередине ширины профиля w. Исходной величиной является пространственное напряжение. Здесь ясно видно значительное отличие варианта 1, когда длина l равна ширине сечения, от варианта 2 с длиной, равной двойной ширине сечения. У тройной длины в варианте 3 различия едва заметны. Поэтому рекомендуется применять длину, равную двойной ширине сечения, чтобы мы могли быть уверены в правильности расчета. Ту же длину зададим для балки. Для упрощения преобразуем весь вут балки без сокращений.
Так как колонна должна заканчиваться выше осевых линий, продлим ее на один стержень. Длина стержня должна быть выбрана таким образом, чтобы она превышала вут балки, в дальнейшем она будет уменьшена до нужной величины. Измененное соединение рамы показано на рисунке 01 b.
Создание плоскостной модели
Теперь мы можем преобразовать стержни в плоскостные элементы. Щелкнув правой кнопкой мыши на стрежень, преобразование можно выполнить с помощью опции "Генерировать поверхности". В полученной модели, однако, присутствуют различные пересечения. Кроме того отсутствуют лобовые пластины, ребра и правильный наклон верхней части колонны.
Прежде всего необходимо откорректировать пересечения плоскостей. Для этого применим инструмент "Соединить линии/стержни". При выборе двух пересекающихся плоскостей появятся две точки пересечения на граничных линиях. Также мы можем создать пересечение и преобразовать его в линию. Затем мы можем передвинуть конечные точки вута на эти новые точки, как показано на рисунке 03.
При этом возможно, что поверхности станут неправильными или удалятся. В дальнейшем мы можем это исправить. После устранения всех ненужных линий и узлов мы получим модель, которая показана на рисунке 04.
Следующим шагом будет сокращение длины колонн. Для получения правильного наклона вута, при копировании используем одну из крайних точек верхней полки в качестве вектора перемещения. Порядок действий показан на рисунке 04. Скопируем верхнюю точку пересечения колонны с полкой балки. В диалоговом окне "Перемещение/Копирование" зададим копирование и выберем вектор начального и конечного узла полки балки. Поскольку балка сужается, значение для данного направления (в данном случае dY) должно быть задано равным 0. Теперь мы можем создать линию между этими двумя узлами. Эта линия также пересекает противоположный край пояса колонны. С помощью инструмента "Соединить линии/стержни" мы можем создать точку пересечения.
После получения правильного наклона, новый узел зеркально отражается или копируется на другую сторону колонны, а затем узлы окончания колонны перемещаются на эти новые позиции (Рисунок 05 а). Теперь мы можем переместить на нижний край вута узлы, связывающие колонну и балку, и создать дополнительные линии элементов жесткости и лобовой пластины, как показано на рисунке 05 b.
Затем создадим лобовую пластину вута. Линии пересечения колонны и балки можно скопировать перпендикулярно к колонне. Расстояние зависит от толщины полки и лобовой пластины. Суммируем половину толщины каждой из них. В нашем примере полка имеет толщину 13,5 мм, а лобовая пластина - 12 мм. Получим расстояние, равное 13 мм. После копирования линий, мы можем переместить линии балки на данное расстояние (рисунок 06) и таким образом создать дополнительные соединительные линии для лобовой пластины. После этого поверхности вута исчезнут, поскольку были изменены граничные линии.
Для завершения моделирования нужно создать линии ребер, линии утраченных и новых поверхностей. В нашем примере мы получим результат, показанный на рисунке 07. Для наглядности поверхности обозначены разными цветами, в зависимости от их толщины.
Моделирование болтового соединения
Соединение между лобовой пластиной балки и поясом колонны создадим с помощью контактного тела и стержней. Контактное тело расположено между двумя поверхностями (колонна/балка) и имитирует потерю устойчивости соединения при растяжении. Растягивающие силы должны быть поглощены болтами, которые мы смоделируем в качестве стержней.
Сначала нужно создать просверленные отверстия. Основой отверстий под болты являются отверстия в полке и лобовой пластине. Сначала скопируем верхний узел лобовой пластины в нужное положение (рисунок 08 а). В данном месте создадим окружность (важны правильные настройки рабочей плоскости). Граничные поверхности контактных тел должны всегда иметь четыре граничные линии. Поскольку это не так у данного отверстия с внутренними поверхностями, разделим окружность на два сегмента (зададим линию и применим опцию "Соединить линии/стержни"). Для создания отверстия применим функцию "Выбрать граничные линии" (рисунок 08 b).
Затем скопируем вниз заданное отверстие вместе в его центром. Оба отверстия теперь можно отобразить зеркально (рисунок 09 а). Одно или два контактных тела создадим тем, что обозначим противоположные поверхности и выберем опцию "Создать твердое тело с контактом" (рисунок 09 b). Полученные контактные тела изображены на рисунке 09 c. Характеристику "отказ при растяжении" зададим в диалоговом окне тела.
Для моделирования болтов могут быть применены стальные стержни с круглым сечением и диаметром согласно применяемым болтам. К болтам можно применить преднапряжение. Соединение между стержнем и поверхностью зададим с помощью плоскости "Мембрана - без растяжения". Благодаря этому будет смоделирован отказ при растяжении в стенках отверстия (рисунок 10).
Соединение со стержневой моделью выполнено с помощью жестких стержней. Жесткие стержни расположены на обоих концах контура сечений плоскостной модели и обеспечивают равномерное распределение нагрузки между стержневой и плоскостной моделью.
Практические советы
Правильность моделирования будет видна при создании сетки конечных элементов. Далее мы приведем три типичных примера и их решение.
- "Граничные линии плоскости не замкнуты"
Данная проблема возникает при изменении граничных линий плоскости. В данном случае речь шла о нескольких плоскостях вута. Исходные плоскости были замещены новыми плоскостями, таким образом старые плоскости можно удалить. В целом, можно утверждать, что корректирование поверхности часто занимает больше времени, чем создание новой с помощью опции "Выбрать граничные линии". - "Число объектов, интегрированных в контактных плоскостях, не соответствует нужному"
При моделировании контактного тела две плоскости должны быть абсолютно идентичны. Если в плоскость интегрирован узел, он должен быть включен и во вторую плоскость. Кроме того, граничные плоскости должны быть стандартными для обеих контактных плоскостей. - "Боковая плоскость XX не имеет четырех граничных линий"
Все боковые плоскости контактного тела должны иметь четыре граничные линии. Это действительно и для отверстий в контактном теле. Рисунок 11 содержит небольшой пример. В случае a, изображенная граничная плоскость имеет четыре линии (2, 22, 10, 23), в случае b линий пять, что недопустимо. Однако в этом случае число граничных линий контактной плоскости не имеет значения.
.png?mw=600&hash=49b6a289915d28aa461360f7308b092631b1446e)
