Μεταλλικές κατασκευές

Ο χάλυβας χρησιμοποιείται σχεδόν για κάθε είδους κατασκευές, όπως βιομηχανικά κτίρια, υποδομές, γέφυρες, πολυώροφα κτίρια, πύργους κ.λπ. Το AxisVM παρέχει μια ολοκληρωμένη λύση για την ανάλυση και το σχεδιασμό χαλύβδινων και άλλων μεταλλικών κατασκευών, συμπεριλαμβανομένων των ελέγχων αντοχής και ευστάθειας, του σχεδιασμού μελών για πυρκαγιά και του σχεδιασμού συγκολλητών και κοχλιωτών συνδέσεων. Οι ιδιομορφές λυγισμού και οι αντίστοιχοι κρίσιμοι συντελεστές φορτίων, μπορούν να προκύψουν από μια ανάλυση λυγισμού για πλαισιακές κατασκευές, δικτυώματα ή/και κελύφη. Το AxisVM υποστηρίζει επίσης την βελτιστοποίηση της λύσης για οικονομικότερες κατασκευές.
Σχεδιασμός μελών (SD1)
Σχεδιασμός πυρκαγιάς (SD8)
Βελτιστοποίηση διατομών (SD9)
Μεταλλικές συνδέσεις (SC1)
7 Βαθμοί ελευθερίας (7DOF)

SD1 - Σχεδιασμός χαλύβδινων μελών

Η ενότητα SD1 εκτελεί το σχεδιασμό ή/και έλεγχο χαλύβδινων δομικών στοιχείων τόσο σε οριακές καταστάσεις αντοχής (ULS) όσο και λειτουργικότητας (SLS). Περιλαμβάνονται οι έλεγχοι σε καμπτικό λυγισμό, πλευρικό στρεπτικό λυγισμό, διατμητικό λυγισμός κορμού και ελέγχους αντοχής, λαμβάνοντας υπόψη αξονικές και διατμητικές δυνάμεις, ροπές κάμψης, καθώς και την αλληλεπίδρασή τους. Επιτρέπονται τόσο ελαστικές όσο και πλαστικές μέθοδοι σχεδιασμού, ανάλογα με την κατάταξη διατομής. Η κατηγορία της διατομής, το μήκος λυγισμού (FB) και η κρίσιμη ροπή κάμψης (LTB) μπορούν να προσδιοριστούν αυτόματα ή να καθοριστούν από τον χρήστη. Το λογισμικό ελέγχει τις σχετικές παραμορφώσεις των δοκών και την ταλάντωση των υποστυλωμάτων σε συνδυασμούς φόρτισης SLS. 

Συνεχή μέλη

Στο AxisVM ο σχεδιασμός γίνεται σε ομαδοποιήσεις πεπερασμένων στοιχείων που έχουν το ίδιο υλικό και τον ίδιο προσανατολισμό τοπικού συστήματος συντεταγμένων. Με τον τρόπο αυτό, αυτές οι ομαδοποιήσεις προσομοιάζουν με τα φυσικά μέλη.

Καμπτικός λυγισμός

Η κρίσιμη θλιπτική δύναμη / μήκος λυγισμού των μελών σχεδιασμού μπορεί να υπολογιστεί αυτόματα. Η λεγόμενη μέθοδος AutoNcr προσδιορίζει το μήκος λυγισμού με βάση τη γεωμετρία και την κατανομή των εσωτερικών δυνάμεων στο μοντέλο. Το μήκος λυγισμού κάθε μέλους σχεδιασμού υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση δυσκαμψίας των συνδετικών μελών. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στους κανόνες που συνιστώνται από την Ευρωπαϊκή Σύνοδο για τον Δομικό Χάλυβα (ECCS TC8: Rules for Member Stability in EN 1993-1-1: Background documentation and design guidelines).

Στρεπτοκαμπτικός λυγισμός

Η κρίσιμη ροπή κάμψης μπορεί να υπολογιστεί με βάση τις εξισώσεις του κανονισμού ή αυτόματα από το AxisVM. Η μέθοδος αυτή δημιουργεί ένα υπομοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για κάθε μέλος σχεδιασμού και με τη χρήση του οποίου προσδιορίζει την Mcr για κάθε συνδυασμό φορτίων. Η μέθοδος αυτή χειρίζεται επίσης μεταβλητές διατομές και προβόλους. Το υπομοντέλο πεπερασμένων στοιχείων μιας δοκού περιέχει τουλάχιστον 30 πεπερασμένα στοιχεία στα οποία κάθε κόμβος έχει τέσσερις βαθμούς ελευθερίας που είναι απαραίτητοι για τον πλευρικό στρεπτικό λυγισμό. Η μέθοδος αυτή κατασκευάζει τη δυσκαμψία της δοκού λαμβάνοντας υπόψη δύο συνιστώσες: η πρώτη είναι γραμμική, η δεύτερη έχει γεωμετρική μη γραμμικότητα.

Αναλυτικό τεύχος υπολογισμών

Η αναλυτική τεκμηρίωση των υπολογισμών σχεδιασμού μπορεί να δημιουργηθεί και να επισυναφθεί στο συνολικότερο τεύχος με ένα απλό κλικ. Στο αναλυτικό αυτό τεύχος περιλαμβάνονται οι εξισώσεις.

SD8 - Σχεδιασμός σε πυρκαγιά

Ο σχεδιασμός των χαλύβδινων μελών σε πυρκαγιά  είναι διαθέσιμος στην ενότητα SD8. Ο σχεδιασμός λαμβάνει υπόψη τη μείωση της αντοχής και της δυσκαμψίας του χαλύβδινου υλικού σε αυξημένη θερμοκρασία που καθιστά τις χαλύβδινες κατασκευές πολύ επιρρεπείς σε αστοχία ευστάθειας κατά την πυρκαγιά. Η κρίσιμη θερμοκρασία που αποτελεί μία από τις βασικές παραμέτρους για την επιλογή του πάχους και του είδους της πυράντοχης επικάλυψης είναι επίσης αποτέλεσμα του υπολογισμού αυτού. Η δράση πυρκαγιάς ορίζεται από τυποποιημένες, παραμετρικές ή καθορισμένη από τον χρήστη καμπύλες (λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα προσομοίωσης ή δοκιμής πυρκαγιάς). Η θερμοκρασία του χάλυβα υπολογίζεται αυτόματα από τους τύπους του κανονισμού ή με την επίλυση δισδιάστατου προβλήματος θερμικής μεταγωγής. Ο υπολογισμός της θερμοκρασίας του χάλυβα λαμβάνει υπόψη την επίδραση του υλικού παθητικής πυροπροστασίας στο στοιχείο.

Καμπύλη πυρκαγιάς από τον χρήστη

Για τον οριστό της δράσης πυρκαγιάς γίνονται δεκτές καμπύλες πυρκαγιάς που καθορίζονται από τον χρήστη, εκτός από τις τυποποιημένες κανονιστικές ή/και παραμετρικές. Επομένως το AxisVM επιτρέπει την εκτέλεση σχεδιασμού πυρκαγιάς με βάση το προσομοίωμα ή τα αποτελέσματα δοκιμών σε πυρκαγιά.

Κατανομή της θερμοκρασίας

Η θερμοκρασία του χάλυβα προσδιορίζεται γενικά μέσω κλειστού τύπου από τον κανονισμό, ωστόσο, για διατομές τύπου Ι ή κοίλες ορθογωνικές διατομές μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια πιο ακριβής κατανομή θερμοκρασίας. Οι θερμοκρασίες εντός της διατομής υπολογίζονται με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Στην περίπτωση αυτή, επιλύεται ένα δισδιάστατο πρόβλημα θερμικής μεταγωγής όπου η ανάλυση λαμβάνει υπόψη την εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία θερμική αγωγιμότητα του χαλύβδινου στοιχείου.

Κρίσιμη θερμοκρασία

Σε πολλές περιπτώσεις, πρέπει επίσης να προσδιοριστεί η κρίσιμη θερμοκρασία (θερμοκρασία του χάλυβα στην οποία επέρχεται αστοχία του υλικού). Για παράδειγμα, το πάχος της πυράντοχης επικάλυψης επιλέγεται βάσει του συντελεστή διατομής (A/V) και της κρίσιμης θερμοκρασίας. Το AxisVM προσδιορίζει την κρίσιμη θερμοκρασία κατά μήκος του μέλους σχεδιασμού, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε έναν πιο οικονομικό και αποδοτικό σχεδιασμό.

SD9 - Βελτιστοποίηση διατομών

Η βελτιστοποίηση χαλύβδινων διατομών εφαρμόζεται σε ήδη σχεδιασμένες κατασκευές με στόχο την μείωση του υλικού, μέσω της εύρεσης των βέλτιστων διατομών. Η βελτιστοποίηση χρησιμοποιεί τις παραμέτρους σχεδιασμού χάλυβα που έχουν ήδη οριστεί στα συνεχή μέλη και μπορεί επίσης να λάβει υπόψη τους κανόνες σχεδιασμού σε πυρκαγιά για συνδυασμούς φορτίων που περιέχουν την περίπτωση φόρτισης πυρκαγιάς. Ο στόχος της βελτιστοποίησης μπορεί να είναι το ελάχιστο βάρος, το ελάχιστο ύψος ή το ελάχιστο πλάτος. Το AxisVM χρησιμοποιεί τη λεγόμενη βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων (Particle Swarm Optimization – PSO), μια στοχαστική υπολογιστική μέθοδο βελτιστοποίησης.

Αλγόριθμος βελτιστοποίησης

Η βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων (PSO) είναι ένας εξελικτικός αλγόριθμος που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1990. Η διαδικασία PSO εκτελείται για συγκεκριμένο αριθμό επαναλήψεων και λόγω της στοχαστικής της φύσης μπορεί να βρει πολλαπλά τοπικά βέλτιστα. Ο αριθμός των επαναλήψεων καθορίζεται από το πρόγραμμα, που προσπαθεί από την μία να μην ξεπεράσει ένα χρονικό όριο εκτέλεσης και από την άλλη να χαρτογραφήσει όσο το δυνατόν πληρέστερα τον χώρο αναζήτησης. Επιπλέον, εάν ο αλγόριθμος δεν διαπιστώσει καμία αλλαγή στα αποτελέσματα μετά από μεγάλο χρονικό διάστημα, θεωρεί ότι εντόπισε το καθολικό βέλτιστο. Σε επεξεργαστές με πολλούς πυρήνες, ο χώρος αναζήτησης κατανέμεται μεταξύ πολλών νημάτων (multi-threading) για αύξηση της επίδοσης.

 

Αποτελέσματα βελτιστοποίησης​

Τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης παρουσιάζουν τις αρχικές και βελτιστοποιημένες διατομές, τις εξαντλήσεις καθώς και άλλες λεπτομέρειες συνοψίζονται σε έναν πίνακα. Εκεί επιλέγεται εάν και ποιές διατομές θα αντικατασταθούν με ένα κλικ.

 

SC1 - Σχεδιασμός μεταλλικών συνδέσεων

Ο σχεδιασμός και ο έλεγχος συγκολλητών και κοχλιωτών μεταλλικών συνδέσεων καλύπτονται με τη μονάδα SC1. Συνολικά, υποστηρίζονται έντεκα τύποι συνδέσεων. Εφαρμόζεται η λεγόμενη μέθοδος των συστατικών, που σημαίνει ότι η αντίσταση της σύνδεσης προσδιορίζεται με βάση τις αντιστάσεις των βασικών συστατικών της. Μπορούν να δημιουργηθούν τρισδιάστατες προβολές και λεπτομερής τεκμηρίωση με σχέδια όψεων και τομών.

Αυτόνομες μεταλλικές συνδέσεις

Το αυτόνομο υποπρόγραμμα μεταλλικών συνδέσεων είναι διαθέσιμο στη μονάδα SC1. Δεν χρειάζεται να επιλεγούν ούτε οι κόμβοι ούτε τα μέλη. Οι διατομές μπορούν να καθοριστούν με επιλογή από τη βιβλιοθήκη διατομών ή από μια λίστα που περιέχει ήδη καθορισμένες διατομές στο μοντέλο.

Λεπτομερής σχεδιασμός & τεκμηρίωση

Η λεπτομερής τεκμηρίωση των υπολογισμών σχεδιασμού μπορεί να δημιουργηθεί και να επισυναφθεί στο τεύχος με ένα απλό κλικ. Η τεκμηρίωση περιλαμβάνει:

  • σχέδια όψεων και τομών της σύνδεσης καθώς και γραμμές διαστάσεων
  • υλικά και γεωμετρία του κάθε συστατικού
  • εσωτερικές δυνάμεις και ροπές στον κόμβο
  • χρωματικά κωδικοποιημένα αποτελέσματα ελέγχου. Το πράσινο χρώμα σημαίνει ότι ικανοποιεί τους ελέγχους και το κόκκινο ότι αστόχησε.

7DOF - Στοιχείο δοκού με 7 βαθμούς ελευθερίας

Αυτή η ενότητα παρέχει τη δυνατότητα ορισμού δοκών με 7 βαθμούς ελευθερίας. Ο πρόσθετος, 7ος DOF ανταποκρίνεται εργικά στην στρέβλωση της διατομής. Μια συμπαγής ή κοίλη κυκλική διατομή ράβδου θα παραμορφωθεί εντός του επίπεδου της ως αποτέλεσμα της ομοιόμορφης στρέψης, ωστόσο, όλοι οι άλλοι τύποι διατομών θα παρουσιάσουν στρέβλωση της διατομής.
Η στρέβλωση εμφανίζεται όταν η στρεπτική παραμόρφωση ενός μέλους έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία παραμορφώσεων εκτός επιπέδου της διατομής, κατά τη διεύθυνση του διαμήκους άξονα του μέλους. Εάν η εκτός επιπέδου παραμόρφωση εμποδιστεί ή αποτραπεί, αναπτύσσονται διαμήκεις τάσεις και παραμορφώσεις στο μέλος. Η στρέβλωση μπορεί να περιοριστεί με στήριξη ή με συγκεντρωμένη ροπή.
Ο περιορισμός της στρέβλωσης μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την κατανομή των τάσεων σε λεπτότοιχες δοκούς και υποστυλώματα, γεγονός που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό. Η στρέβλωση είναι επίσης σημαντική σε κατασκευές που τα μέλη τους ευαίσθητα σε πλευρικό-στρεπτικό λυγισμό.

Καθορισμός δοκού με 7DOF

Η απόδοση 7 βαθμών ελευθερίας κίνησης σε ένα μέλος γίνεται πολύ απλά, με ένα κλικ στις ιδιότητες των γραμμικών μελών.

Τύποι σύνδεσεων για μετάδοση της στρέβλωσης

Ο τύπος διαγώνιας άρθρωσης παρέχει πλήρη-άμεση μετάδοση της στρέβλωσης, ο τύπος κιβωτίου παρέχει πλήρη-αντεστραμμένη μετάδοση και ο σύνθετος τύπο κιβωτίου-διαγώνιας σύνδεσης παρέχει σταθερή μετάδοση στρέβλωσης.

 

Η παράμετροι μετάδοσης μπορούν να ρυθμιστού απλά στο παράθυρο διαλόγου των ελατηριακών σταθερών  (Spring characteristics)

Καθορισμός παραμέτρων στρέβλωσης

Ο εργικά ανταποκρινόμενος βαθμός ελευθερίας στην στρέβλωση είναι προσβάσιμος από τον διάλογο των ακραίων ελευθεριών κίνησης γραμμικών μελών (Beam end releases).

 Ανάλογα με τον τύπο της υλοποιούμενης σύνδεσης, οι διαθέσιμες επιλογές για τον εν λόγω βαθμό ελευθερίας είναι ακλόνητη, ελεύθερη ή ελατηριακή.

Θέλετε να μάθετε περισσότερα για όλες τις λειτουργίες του AxisVM?