Jak zdefiniować prawidłową pozycję obciążenia (Forces in)

Rzeczywisty przegub a przegub teoretyczny

Aby zapewnić zgodność modelu obliczeniowego z rzeczywistym kształtem i zachowaniem statycznym połączenia, należy uwzględnić rozkład momentu gnącego oraz położenie siły poprzecznej w połączeniu. Na prostym przykładzie poziomej belki połączonej ze słupem pokażemy różnice w modelowaniu połączeń momentowych i przegubowych.

Połączenie momentowe

Poniżej przedstawiono schematyczny „rzeczywisty" kształt połączenia momentowego (po lewej) oraz jego model konstrukcyjny stosowany w analizie (po prawej).

W zakładce Load Effects w IDEA StatiCa Connection definiujemy siły, które każdy element połączenia wywiera na węzeł (zazwyczaj środek połączenia, punkt przecięcia osi elementów). Tabela na powyższym rysunku przedstawia również siły, które poziomy element B wywiera na słup. Wykresy sił wewnętrznych w poziomym elemencie są następujące.

Momenty gnące wzdłuż elementów są uproszczone do postaci liniowej w IDEA StatiCa Connection. Na początku podłączonego elementu przykładany jest określony moment gnący, a moment zmienia się liniowo wraz z odległością od węzła, przy czym nachylenie tej funkcji liniowej jest określone przez zadaną siłę poprzeczną.

Obejrzyj film omawiający rozkład momentu gnącego oraz inne ważne informacje.

Połączenie przegubowe

W przypadku połączenia przegubowego moment gnący w połączeniu wynosi zero. Wykresy momentu gnącego i siły poprzecznej w poziomym elemencie połączonym przegubowo przedstawiono na poniższym rysunku. Aby wywołać odpowiednie siły wewnętrzne w Connection application, należy zadać siłę poprzeczną V_z= -40 kN oraz zerowy moment gnący M_y. W tym przypadku mówimy, że pozycja siły poprzecznej (a tym samym położenie zerowego momentu gnącego) znajduje się w węźle (środku połączenia).

Powyższy rysunek odpowiada sytuacji teoretycznej, w której położenie złącza znajduje się bezpośrednio w węźle (środku połączenia). W ten sposób połączenie przegubowe jest zazwyczaj modelowane w globalnym modelu obliczeniowym. Jednak w rzeczywistej konstrukcji punkt obrotu (przegub) jest przesunięty względem środka złącza (węzła). Rozważmy na przykład śrubowe połączenie ścinające belki ze słupem z pionową płytką żebrową, gdzie złącze można przyjąć w środku ciężkości grupy śrub.

Jak wynika z poniższego rysunku, jeśli rzeczywiste położenie złącza nie jest uwzględnione w modelu, w miejscu rzeczywistego przegubu pojawia się niezerowy moment gnący (po lewej stronie rysunku). Jest to oczywisty błąd. Sposobem na uniknięcie tego jest dostosowanie pozycji siły poprzecznej (a tym samym położenia zerowego momentu gnącego) w podłączonym elemencie (po prawej stronie).

Ustawianie pozycji sił

W aplikacji pozycję siły poprzecznej można zdefiniować w sekcji Model danego elementu Member. Różnica między tymi dwoma przypadkami jest pokazana poniżej: 

Po lewej: Forces in Node   Po prawej: Forces in Bolts

W sytuacji po lewej stronie w miejscu przegubu występuje moment gnący, który powoduje obrót elementu ku górze. Ten moment (wynikający z siły poprzecznej, która liniowo narasta od punktu węzłowego) wywołuje nieprawidłowe zachowanie poziomego elementu. 

Możemy łatwo naprawić ustawienie, przesuwając siłę poprzeczną tak, aby działała w miejscu przegubu. W takim przypadku (rysunek po prawej) pozioma belka ugina się zgodnie z oczekiwaniami.

Trzecią opcją jest Forces in Position. W przypadku niektórych operacji, zwłaszcza gdy połączenie jest tworzone jako zestaw bardziej podstawowych operacji (np. płyta usztywniająca, przekrój, siatka śrub), funkcja Forces in Bolts nie ma żadnego efektu i nie następuje przesunięcie zerowego momentu gnącego do zakładanego przegubu.

Dlatego należy wybrać metodę Forces in Position i wprowadzić odpowiednią odległość X.

Począwszy od wersji 23.1, dodaliśmy opcję definiowania pozycji siły poprzecznej na powierzchni czołowej elementu. Przeczytaj odpowiedni artykuł, aby dowiedzieć się więcej o wprowadzaniu i wizualizacji pozycji siły poprzecznej.

Połączenia przegubowe są często nazywane połączeniami ścinającymi. Należy podkreślić, że pozycja siły poprzecznej może się różnić w zależności od rodzaju połączenia ścinającego i nie można powszechnie zakładać, że zerowy moment gnący znajduje się w środku ciężkości grupy śrub. Artykuł Kiedy połączenie ścinające przenosi moment gnący omawia bardziej szczegółowo różnice między poszczególnymi rodzajami połączeń ścinających.

Nagranie webinaru

Zobacz nagrania naszych poprzednich webinarów, w których omawiana jest pozycja siły poprzecznej. 

Pozycja węzłowych sił wewnętrznych uzyskanych z modelu konstrukcyjnego może być przesunięta od punktu odniesienia przez mimośrody. Efekt ten powoduje niedoszacowanie sił wewnętrznych działających w połączeniu. Zobaczmy, jak zmienić pozycję sił wewnętrznych bezpośrednio w operacji i uniknąć nieprawidłowych wyników.