Приращение нагрузки в итеративном вычислении
При выполнении расчета конструктивной системы, близкой к потере устойчивости, часто трудно найти состояние равновесия. Поэтому программа предлагает нам возможность постепенного приращения нагрузки в несколько этапов: Например, если мы зададим два приращения нагрузки, на первом этапе будет приложена половина нагрузки. Затем будут произведено итеративное вычисление до тех пор, пока не будет найдено равновесие. На втором этапе полная нагрузка прилагается к уже деформированной системе и снова производится итеративный расчет, пока не будет достигнуто состояние равновесия. Таким образом можно избежать прекращения расчета в случае потери устойчивости. Die Berechnung über Laststufen ist zwangsläufig mit einem erhöhten Zeitbedarf verbunden. Laststufen können sowohl global als auch spezifisch für Lastfälle und Lastkombinationen vorgesehen werden.
RFEM bietet auch die Möglichkeit an, die Ergebnisse der einzelnen Laststufen während der Berechnung zu speichern. Die entsprechende Einstellung ist im Register "Berechnungsparameter" des Lastfalls oder der Lastkombination vorzunehmen. Таким образом отображается, например, распределение сил и моментов с учетом нелинейных воздействий, которые могут привести к значительному перераспределению в модели.
Dieser Fachbeitrag stellt drei einfache Beispiele für iterative Berechnungen vor, die die schrittweise Entwicklung der Ergebnisse unter steigenden Lastniveaus veranschaulichen.
Пружина с пределом
Ein druckbelasteter Teleskopstab wird durch zwei Rohre abgebildet, deren Verschiebung über eine zwischengeschaltete Feder gesteuert wird. Осевую жесткость пружины и ограничение деформации или силы можно задать в диалоговом окне "Редактировать параметры стержня типа "Пружина"". Im Beispielmodell wird keine Druckkraft mehr kompensiert, wenn eine Stauchung von 45 cm erreicht ist.
Узловая нагрузка будет приложена с пятью приращениями. Расчет производится по теории первого порядка. Bei 20 % und 40 % der Last liegt die Verformung der Feder mit 20 cm und 40 cm im wirksamen Arbeitsbereich. Der obere Stab verschiebt sich entsprechend nach unten. Wird die Last auf 60 %, 80 % und schließlich 100 % gesteigert, stellt sich ab dem Federweg von 45 cm kein weiterer Verformungszuwachs ein. Деформация верхнего стержня не меняется. Небольшие различия в десятичных долях являются результатом относительного сжатия трубочных стержней.
Рама с ограничителями осевого усилия в диагоналях и опорами с проскальзыванием
Каркас усилен с помощью пересекающихся диагоналей. Для сопротивления осевому усилию у преднапряженных Г-образных профилей задан критерий текучести: Передается только сила сжатия до 2 кН и сила растяжения до 20 кН. Силы вне данного диапазона увеличивают деформацию без передачи дополнительных сил.
Zusätzlich ist ein nichtlinear wirkendes Horizontallager mit Schlupf an einer Rahmenecke vorgesehen, das eine angrenzende Wand abbildet. Опора работает только на сжатие при достижении горизонтального смещения узла на 1 см.
Узловая нагрузка будет применена также с пятью приращениями. Расчет выполняется по теории второго порядка. Bei einem Lastniveau von 20 % ist eine Diagonale ausreichend, um die Knotenlast über eine Druckkraft im System zu verlagern. Bei 40 % der Last stellt sich zusätzlich in der zweiten Diagonale eine Zugkraft ein. У обеих диагоналей начинается переход в состояние текучести. При этом диагонали достаточны для стабилизации системы без горизонтальной опоры. Dieses Lager ist erst ab 60 % der Last wirksam.
При дальнейшем приращении нагрузки перераспределение не производится. Am nunmehr gelagerten Knoten in der Rahmenecke stellt sich (unter Berücksichtigung des Z-Anteils) eine Gesamtverformung von 10.01 mm ein.
Während der Berechnung wird der Verlauf der Verformungen (Standard) in den einzelnen Laststufen als Diagramm dargestellt. Если деформации находятся в допустимом диапазоне, стержень обозначен зеленым цветом. Ein roter Balken bedeutet in den meisten Fällen, dass zu große Verdrehungen (0.1 rad oder mehr) vorliegen. Die Berechnungsdiagramme sind auch nach der Berechnung im Dialog "Berechnungsparameter", Register "Berechnungsdiagramme" für eine detaillierte Auswertung zugänglich.
Рамочное соединение с пластичными свойствами материала
На раму из стальных трубок действует вертикальная нагрузка. Для расчета рамочного соединения по пластическим состояниям смоделируем данную область с помощью пересечения поверхностей. Поверхности обладают свойствами изотропной пластичности: При достижении напряжения при пределе текучести 235 Н/мм², напряжение не может более возрастать.
Для анализа нелинейный свойств материала необходим дополнительный модуль RF-MAT NL. Снова применим пять приращений нагрузки. По результатам эквивалентных напряжений виден ход пластификации при отдельных приращениях нагрузки. Для оценки расчета по пластическим сосотояниям необходимо выбрать распределение напряжений «Константа на элементах» (см. также База знаний: Параметры сглаживания).
Заключение
In diesem Beitrag wurden einige einfache Beispiele für die Berechnung mit Laststufen vorgestellt. Данный метод в основном подходит для систем, подверженных потере устойчивости или при учете больших деформаций, но может быть также применен для анализа свойств несущей конструкций при перераспределении сил или нелинейных воздействиях.
При выполнении нелинейных расчетов необходимо задать достаточно большое количество итераций. Если при заданном их количестве не будет достигнута конвергенция, в конце вычисления отобразится соответствующее сообщение. После этого можно просмотреть результаты неполного расчета и выявить проблемы или изменить настройки параметров расчета.
Графические результаты отдельных приращений нагрузки могут быть задокументированы в печатном протоколе и затем применены для анализа расчета конструкции.