Изменение матрицы жесткости позволяет инженерам настроить поведение конструктивных элементов для удовлетворения специфических требований проектирования или моделирования уникальных условий. В этой статье излагаются различные подходы, доступные в RFEM 6 для изменения жесткости поверхности, с акцентом на их применение и влияние на структурный анализ.
Понимание Матрицы Жесткости
Матрица жесткости представляет собой зависимость между приложенными усилиями и результатирующими перемещениями в конструкции. Изменение её компонентов позволяет инженерам влиять на то, как конструкция реагирует на нагрузки. Основные методы изменения жесткости поверхности в RFEM 6 включают:
1. Полное Изменение Жесткости
Этот подход включает равномерное масштабирование всех элементов матрицы жесткости с помощью одного фактора k (Изображение 1), что фактически увеличивает или уменьшает общую жесткость поверхности. Это особенно полезно для пропорциональных корректировок по всей поверхности. Основные применения этого подхода включают:
- Проведение глобальных корректировок для моделирования поверхностей с увеличенной или уменьшенной жесткостью.
- Упрощенное моделирование поверхностей с однородными характеристиками материала.
2. Частичное Изменение Жесткости, Веса и Массы
В этом методе определенные компоненты матрицы жесткости, а также связанные с ней веса и массы, регулируются индивидуально (Изображение 2). Это позволяет проводить прицельные модификации, сохраняя другие свойства неизменными, предоставляя возможность более точного контроля за поведением конструкции.
Для правильного применения желаемых изменений крайне важно идентифицировать конкретные термины матрицы, на которые следует сосредоточиться. Это требует понимания того, какие термины соответствуют изгибной и крутильной жесткости, сдвиговой жесткости, мембранной жесткости и эксцентриситетной жесткости. Чтобы помочь вам в этом, мы предоставили Изображение 3.
Таким образом, например, определяя фактор kb, вы изменяете все изгибные и крутильные термины матрицы жесткости следующим образом:
Один из примеров применения этого метода заключается в учете ползучести и усадки на композитной стальной-бетонной плите. В таких конструкциях долгосрочные эффекты, такие как ползучесть и усадка в бетонной составляющей, приводят к уменьшению изгибной и крутильной жесткости плиты. Чтобы учитывать эти эффекты, термины изгиба и кручения в матрице жесткости поверхности (см. Изображения 2-4) могут быть равномерно уменьшены на определенный фактор (то есть kb), представляющий временную зависимость уменьшения жесткости.
Тот же принцип применяется при изменении соответствующих факторов для сдвиговой жесткости, мембранной жесткости, эксцентриситетной жесткости и веса. Целевые корректировки, такие как изменение изгибной жесткости при сохранении свойств сдвига и мембраны, или наоборот, позволяют:
- Моделировать поведение сложных многослойных или композитных материалов.
- Учитывать эффекты ползучести и усадки в композитных стальных-бетонных плитах.
3. Элементно-зависимое Изменение Жесткости
Этот метод позволяет корректировать индивидуальные элементы внутри матрицы жесткости, применяя уникальные факторы к каждому из них (Изображение 5). Например, вы можете независимо модифицировать факторы, связанные с изгибной жесткостью, как kD11 или kD22, что позволяет вам контролировать изгибную жесткость отдельно вдоль осей x и y. Одно из практических применений этого заключается в композитной плите с в основном волокнами, ориентированными вдоль оси x, что приводит к значительно большей жесткости в этом направлении. Чтобы учитывать это анизотропное поведение, термен изгибной жесткости kD11, который соответствует D11 в матрице жесткости поверхности, может быть увеличен, сохраняя другие термины неизменными. Такой уровень контроля недостижим с помощью метода частичного изменения жесткости, поскольку он применяет корректировки жесткости равномерно ко всем терминам, связанным с изгибом или кручением.
Этот уровень детализированных изменений особенно полезен для:
- Моделирования сложного поведения материалов.
- Учитывания локализованных эффектов внутри конструкции.
4. Изменение Жесткости в Соответствии с Стандартами: ACI 318-9 и CSA A23.3-19
В RFEM 6 модификации поверхности могут быть применены в соответствии с Разделом 6.6.3.1.1 ACI 318-19 и Пунктом 10.14.1.2 CSA A23.3-19. Программное обеспечение эффективно включает сокращение жесткости для бетонных элементов и поверхностей различных типов элементов. Доступные опции включают треснувшие и нетреснувшие стены, плоские плиты, настилы, балки и колонны. Программа использует множители, полученные непосредственно из Таблицы 6.6.3.1.1(a) и Таблицы 10.14.1.2. Для более подробной информации, обратитесь к следующей статье базы знаний: КБ 1732 | Модификация жесткости бетона в программе RFEM 6 по ACI 318-19 и CSA A23.3:19
Заключение
Корректировка матрицы жесткости поверхности позволяет инженерам настраивать поведение этих конструктивных элементов для удовлетворения специфических проектных нужд или воспроизведения уникальных условий. Однако реализация этих изменений требует тщательной оценки контекста конструкции и желаемых целей, поскольку изменения матрицы жесткости непосредственно влияют на распределение напряжений и деформаций внутри конструкции. Программное обеспечение для продвинутого структурного анализа, включая разработанное Dlubal, предлагает инструменты, такие как опция «Модификация Жесткости Поверхности», для эффективного выполнения этих корректировок, упрощая процесс проектирования и анализа.