Cho đến khi phiên bản 21 được phát hành, không có nhiều cách để mô hình hóa các liên kết cấu kiện thép thực tế hơn so với việc sử dụng ứng dụng IDEA StatiCa. Tuy nhiên, vẫn có những tình huống mà các giá trị ứng suất tại biên không chính xác và không phản ánh đúng hành vi thực tế của các cấu kiện thép. Không dễ để tìm ra cách đúng đắn nhằm tập trung vào thiết kế liên kết, chỉ giải quyết vùng gần nút kết cấu và đồng thời tính đến hành vi của phần còn lại của các cấu kiện được liên kết.
Nhưng nhóm phát triển đã tìm ra cách. Họ đã mở rộng đáng kể mô hình bằng cách thêm các phần cấu kiện không hiển thị nhưng thiết yếu cho toàn bộ mô hình. Các phần này được gọi là siêu phần tử rút gọn và chúng thực hiện toàn bộ công việc cải thiện hành vi.
Thay đổi này đảm bảo rằng các đầu cấu kiện hiển thị trong khung cảnh mô hình thực ra không phải là các đầu thực sự. Trong các phiên bản trước, các tiết diện đầu mút được cố định trong mặt phẳng của chúng và thường xuất hiện các đỉnh ứng suất không thực tế tại đây. Hiện nay, chúng có thể bị vênh – có thể biến dạng không chỉ trong mặt phẳng tiết diện mà còn theo phương vuông góc với mặt phẳng này.
Đặc biệt đối với các liên kết tiết diện rỗng, kết quả cho thấy sự phù hợp tốt hơn với các thí nghiệm thực tế và các công thức trong tiêu chuẩn thiết kế.
Mặt khác, thay đổi này cũng có nghĩa là các đỉnh ứng suất ban đầu nằm ở các tiết diện đầu mút có thể và sẽ dịch chuyển gần hơn về phía nút liên kết. Trong một số trường hợp, các phần tử liên kết có thể chịu lực lớn hơn trong "thời đại siêu phần tử rút gọn".
Ba lợi ích dành cho bạn
Cải tiến này cũng mang lại các hiệu ứng phụ rất thuận tiện – các đoạn nhô cấu kiện được mô phỏng bằng phần tử vỏ hiện có thể ngắn hơn. Các lợi ích chính của thay đổi này là:
- Thời gian tính toán nhanh hơn 30% tính trung bình
- Hiển thị kết quả nhanh hơn
- Mô hình hóa chính xác hơn các liên kết tiết diện rỗng
Các tính năng mới và cải tiến khác được giới thiệu trong phiên bản 21 được nêu chi tiết trong Ghi chú phát hành của chúng tôi.
Chiều dài mới của cấu kiện
Người dùng của chúng tôi đã quen với chiều dài mặc định của các cấu kiện trong mô hình thiết kế liên kết. Chúng phụ thuộc vào loại tiết diện (rỗng / hở).
Hiện nay, chiều dài mặc định được đặt về cùng một giá trị là 1,25 lần kích thước ngoài lớn hơn của tiết diện cho cả hai loại. Chiều dài của các siêu phần tử rút gọn là 4 lần kích thước ngoài lớn hơn của tiết diện cho phân tích ứng suất - biến dạng tiêu chuẩn. Vì chúng tôi muốn giữ các dạng oằn trong các bản nội bộ của liên kết chứ không phải trong các cấu kiện, chiều dài của các siêu phần tử cho phân tích oằn tuyến tính và phân tích độ cứng được đặt bằng 0,5 lần kích thước ngoài lớn hơn của tiết diện.
Mặc dù những thay đổi này ban đầu được thực hiện để cải thiện các liên kết tiết diện rỗng, chúng cũng giúp các loại liên kết khác tiến gần hơn đến hành vi thực tế.
Bạn có thể hỏi, đâu là những hệ quả chính? Không nghi ngờ gì, sẽ có một số thay đổi kết quả giữa các phiên bản. Trong phần lớn các liên kết, sự khác biệt về kết quả dưới 1%.
Các trường hợp có sự khác biệt lớn hơn làm nổi bật chủ đề nơi thực tiễn va chạm với lý thuyết. Chủ đề này liên quan đến hiệu ứng xoắn trên các tiết diện hở. Vì một số lý do, các hiệu ứng này thường bị các kỹ sư kết cấu bỏ qua và cũng không được tích hợp trong các ứng dụng phân tích tổng thể bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Hiệu ứng xoắn
Đây không phải là khoa học tên lửa, nhưng cũng không nhất thiết phải hiển nhiên. Vì vậy, hãy đưa vào một chút lý thuyết:
Tùy thuộc vào loại tiết diện hở, điều kiện biên của cấu kiện và loại tải trọng, có thể xảy ra hai loại hành vi xoắn, xét theo giả thuyết Vlasov:
- Xoắn thuần túy (St. Venant)
- Xoắn hỗn hợp kết hợp giữa xoắn thuần túy và xoắn vênh
- xoắn thuần túy được đặc trưng bởi nội lực Tt (mô men xoắn thuần túy) với ứng suất cắt thuần túy kết quả τt
- xoắn vênh được đặc trưng bởi các nội lực B (mô men kép) và Tw (mô men xoắn vênh) với ứng suất pháp vênh (dọc trục) kết quả σw và ứng suất cắt xoắn vênh τw
Trong IDEA StatiCa Connection phiên bản 21.0, sự vênh bị hạn chế bởi các ràng buộc đa điểm kết nối nút với đầu dầm. Các ràng buộc này được sử dụng để áp đặt tải trọng vào mô hình. Siêu phần tử rút gọn mới đẩy các ràng buộc ra xa hơn và cấu kiện có thể biến dạng. Điều này dẫn đến mô men kép lớn hơn trong liên kết.
Dưới đây là một số ví dụ về liên kết, nơi những thay đổi này dẫn đến kết quả khác biệt đáng kể:
Đoạn nhô dầm chịu xoắn
Liên kết dầm-dầm bằng bản mã đầu dầm một phía
Liên kết dầm-cột
Khi xử lý các trường hợp như vậy, đặc biệt nếu bạn so sánh kết quả giữa các phiên bản, bạn cần lưu ý rằng các mô hình tính toán không giống nhau. Các cấu kiện dài hơn và độ cứng của liên kết nhỏ hơn. Vì vậy, sự khác biệt về kết quả có thể được dự đoán trong một số phần tử liên kết.
Nhưng bạn luôn có một số tùy chọn để kiểm tra nhằm tránh kết quả không chính xác. Từ phiên bản 21 trở đi, việc sử dụng tính năng 'Tải trọng cân bằng' quan trọng hơn bao giờ hết.
Bạn thường có thể muốn kiểm tra mô hình liên kết được tạo trong phiên bản cũ hơn trong phiên bản mới nhất. Khi đó, bạn không nên quên đặt các tham số trong Thiết lập tiêu chuẩn về các giá trị mặc định mới, để không trộn lẫn các thứ không tương thích với nhau.
Tuy nhiên, nếu bạn muốn chắc chắn 100% rằng ứng dụng IDEA StatiCa phiên bản 21.0 của bạn hoạt động với dữ liệu tốt nhất có thể, hãy xây dựng toàn bộ mô hình tính toán trong phiên bản 21 từ đầu.
Nếu bạn quan tâm đến cơ sở lý thuyết đằng sau các cải tiến được giới thiệu trong phiên bản 21, bạn có thể tìm thấy thông tin rất hữu ích và được chuẩn bị kỹ lưỡng từ các chuyên gia của chúng tôi trong bài viết cơ sở kiến thức này.