Нелинейный анализ хронологии времени с использованием примера конструкции башни с предварительно напряженными канатами

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст  

В структурной системе могут быть многочисленные нелинейности. Для их реалистичного моделирования в динамическом расчете был разработан дополнительный модуль RF-DYNAM Pro - нелинейный временной гистоид. Чтобы объяснить, как работает дополнительный модуль, процедура описана ниже с помощью примера.

Проектная система и предварительные исследования

Конструктивная система - это башня, состоящая из сечения трубы RO 355.6 x 10 с прочностью на сталь S235. В центре башни, она поддерживается двумя предварительно напряженными канатами и закреплена на опоре. Предварительное напряжение в канатах составляет 100 кН.

Перед анализом истории времени, для анализа динамического поведения выполняется модальный анализ. Поскольку модальный анализ всегда линейный, влияние канатов нельзя рассматривать. Кабели заменяются линейными фермами. Тем не менее, дополнительный модуль RF-DYNAM Pro предлагает варианты более реалистичного моделирования поведения кабелей. Используйте функцию «Модификации жесткости» в закладке «Натуральные вибрации». Данная опция позволяет изменить геометрическую матрицу жесткости, используемую для определения собственных значений. Таким образом, для данного примера можно учесть предварительное напряжение тросов путем импорта соответствующего загружения.

С учетом предварительного напряжения, это значительно приводит к более высоким собственным частотам по сравнению с расчетом без учета предварительного напряжения и реалистичному отображению собственной частоты конструкции. Важно знать собственные частоты, чтобы можно было преобразовать затухание и понять поведение конструкции. Значения для двух форм управляющего режима следующие:

Собственная форма №Угловая частота ω [рад / с]Натурная частота f [Гц]Эффективный модальный массовый коэффициент [-]
112.9262.0570.281
681.31012.9410,345

Входной сигнал в RF-DYNAM Pro - Нелинейная история времени

Рассматриваемая ситуация - воздействие горизонтальной ветровой нагрузки размером 10 кН, которая действует как одна нагрузка на верхнем конце башни. В этом примере движение ветра значительно упрощается и представлено с помощью временной диаграммы времени.

K

Принимая во внимание все нелинейности в дополнительном модуле нелинейной истории времени, рассматриваются характеристики кабеля. Это относится к отказу кабелей под давлением и к влиянию предварительного напряжения.

В этом случае выбран «Нелинейный неявный расчет по Ньюмарку». Для достижения точного результата, для данного решателя требуется достаточно небольшой шаг времени. Для этой цели можно провести исследование сходимости по времени. В этом примере был выбран шаг времени 0,001 с. Меньшие шаги времени не приводят к более точным результатам.

Кроме того, предварительное напряжение кабелей импортируется как «условие». Данное состояние должно действовать как стационарное состояние, что означает, что предварительное напряжение присутствует в течение всего времени.

Замедление Lehr мерой 0,02 предполагается затуханием. Так как для неявного расчета Ньюмарка требуется определение затухания Рэлея, то демпфирование Лера должно быть преобразовано. Это происходит в программе, определяя угловые частоты двух форм управляющего режима. Здесь используется следующая формула:

${\mathrm D}_{\mathrm i}\;=\;\frac{\mathrm\alpha}{2\;\cdot\;{\mathrm\omega}_{\mathrm i}}\;+\;\frac{\mathrm\beta\;\cdot\;{\mathrm\omega}_{\mathrm i}}2$

Оценка результатов

Для оценки результатов доступны многочисленные функции. С одной стороны, движение конструктивной системы может отображаться в графическом виде либо для каждого сохраненного шага времени, для динамической огибающей, либо в качестве анимации по времени. С другой стороны, для оценки можно использовать монитор хода времени, в котором можно выбрать любой узел или стержень, и, следовательно, результаты будут видны в течение времени.

Для башни, управляющие являются деформациями и ускорениями в верхнем узле. Можно также дополнительно определить среднеквадратичный корень, основанный на ускорениях. Данные результаты можно сравнить с требуемыми значениями.

Pисунок 05 - Оценка на временной диаграмме: Нормальные силы в канатах

Pисунок 04 - Оценка на временной диаграмме: сдвиги

Осевая сила в канатах показывает эффект предварительного напряжения. Осевая сила начинается с значения 87,7 кН. В результате оба кабеля остаются в зоне растяжения все время и не прерываются.

Pисунок 05 - Оценка на временной диаграмме: Нормальные силы в канатах

Другой вариант - экспортировать результаты в загружения (результаты отдельных шагов времени экспортируются) или расчетные сочетания (результаты динамических конвертов экспортируются). С помощью данных результатов, дальнейшие проверки могут быть выполнены в расчетных модулях.

Ключевые слова

История времени

Литература

[1]   Manual RF-DYNAM Pro. Tiefenbach: Dlubal Software, October 2018.

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RFEM Динамический расчет
RF-DYNAM Pro - Natural Vibrations  5.xx

Дополнительный модуль

Динамический расчет собственных частот и форм колебаний моделей стержней, поверхностей и тел

Цена первой лицензии
1 030,00 USD
RFEM Динамический расчет
RF-DYNAM Pro – Nonlinear Time History 5.xx

Дополнительный модуль

Нелинейный динамический расчет от внешних возбуждений

Цена первой лицензии
1 120,00 USD