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2019-05-06

不稳定性 | 2022 年 1 月

我的 RSTAB 8 / RFEM 5 模型不稳定。可能是什么原因导致的呢?


回复:

由于系统不稳定导致的计算中断可能有各种原因。一方面,它可能表明系统由于超载而出现“真实”的不稳定性,另一方面,建模不准确也可能导致此错误消息。下面提供了一种可能的方法,以找出不稳定的原因。

1. 模型检查

首先应检查系统在建模方面是否正常。为此,建议使用 RFEM 5 / RSTAB 8 提供的模型检查(工具 → 模型检查)。利用这些功能可以找到例如相同的节点和重叠的杆,并在必要时删除。

此外,可以在一个按 I 阶理论的载荷工况下计算仅自重作用下的结构。若此情况下能输出结果,说明在建模方面结构是稳定的。若不是这样,以下列出了常见原因(参见“模型检查”区域的“下载”视频):

支座定义错误 / 缺少支座

这可能导致不稳定,因为系统并未在所有方向上保持。因此,要求支座条件与系统以及外部边界条件平衡。静态超定系统也可能因为边界条件不足导致计算中断。

杆的自轴扭转

若杆沿自身轴线扭转,即杆自身未被固定,可导致不稳定性。问题通常源于杆铰链的设置。起始节点和终节点同时引入了扭转铰链时可能产生此问题。然而,在开始计算时会有一个提示窗口提醒用户。

杆未连接

尤其是在较大和复杂的模型中,一些杆可能未连接在一起,从而“悬在空中”。忘记连接应该相交的杆亦能导致不稳定。解决办法是使用“相交而未连接杆”的模型检查,查找交叉而不在交点处共享一个共同节点的杆。

无共同节点

节点显然位于相同位置,但仔细检查会发现它们有细微的偏差。常见原因是 CAD 导入,但可通过模型检查纠正。

铰链链的产生

过多的杆铰链集中在一个节点上会导致一个铰链链,进而导致计算中断。每个节点只允许定义 n-1 个具有相同自由度(相对于全球坐标系统)的铰链,其中 “n” 表示连接杆的数量。此规则也适用于线铰链。

2. 验证支撑

缺乏足够的支撑也会因不稳定性导致计算中断。因此,应始终检查结构是否在各方向上得到充分支撑。

3. 数值问题

图例 08 展示了一个示例。为由拉杆提供支撑的铰接框架。由于立柱因竖向荷载而缩短,拉杆在第一次计算中承载小的压力。由于它们只能承受拉力,因此它们被从系统中移除。第二次计算时,模型在没有这些拉杆的情况下是不稳定的。有多种方法可以解决此问题。您可以为拉杆施加预张力(杆荷载)以“消除”小的压力,赋予它们一点刚度,或在计算中逐一移除拉杆(参见图例 08)。

4. 找到不稳定的原因

带有图形输出的自动模型检查

欲获得不稳定原因的图形表示,可以利用模块 RF-STABIL(适用于 RFEM 5)或附加组件结构稳定性(适用于 RFEM 6)。选用“确定不稳定模型的特征形态”(参见图例 09)或“在无加载情况下通过特征形态验证不稳定性”选项,可以计算看似不稳定的系统。将进行基于结构数据的特征值分析,因此不稳定部件的情况将以图形形式呈现。

分支问题

若载荷工况或载荷组合能按 I 阶理论计算,且计算仅在 II 阶理论时中断,则是稳定性问题(分支载荷因子小于 1.00)。分支载荷因子表示需将荷载乘以何因子才使模型在相关载荷下失稳(例如失鳞)。因此:分支载荷因子小于 1.00 表示系统不稳定。仅正的载荷因子大于 1.00 表明由于预定的正常力乘以因子导致稳定系统的失稳。为找出“弱点”,推荐如下步骤,要求模块 RSKNICK(RSTAB 8)或 RF-STABIL(RFEM 5)或附加组件结构稳定性(RFEM 6 / RSTAB 9)(参见“下载”区域中的“分支问题”视频)。

首先应减少相关载荷组合的荷载,直到载荷组合稳定。载荷组合的计算参数中的荷载因子可以作为工具。对于纯线性的结构元素,这可能已经足以根据 I 阶理论计算载荷组合,并通过附加模块直接计算或由附加组件查找分支载荷。通过载荷组合的图形屈曲或屈曲形态,可能找到系统中的“弱点”并采取相应措施。为了同时捕捉杆件的局部失效形态和全局特征形状,在 RF-STABIL(RFEM 5)模块中应启用杆件划分或在 RSKNICK(RSTAB 8)模块中将桁架杆的划分设置至少为“2”。对于附加组件结构稳定性(RFEM 6 / RSTAB 9),应检查杆件的划分是否已激活。

参见这些 FAQ 下的链接。


作者

杜布尔先生负责经营业务,并负责德国的人事管理。他也在市场营销和销售领域工作。

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