Plaatmodel en netconvergentie

Een toename van het aantal elementen levert nauwkeurigere resultaten op, maar dat gaat ten koste van de rekenkracht.

Plaatmodel

Shell-elementen worden aanbevolen voor het modelleren van platen in de FEA van structurele verbindingen. Er worden vierhoekige shell-elementen met 4 knopen en knopen op de hoeken toegepast. Zes vrijheidsgraden worden beschouwd in elk knoop: 3 verplaatsingen (u_x, u_y, u_z) en 3 rotaties (φ_x, φ_y, φ_z). Vervormingen van het element worden verdeeld in de membraan- en de buigcomponenten.

De formulering van het membraangedrag is gebaseerd op het werk van Ibrahimbegovic (1990). Rotaties loodrecht op het vlak van het element worden in rekening gebracht. Er wordt een volledige 3D-formulering van het element gegeven. In de formulering van het buiggedrag van een element op basis van de Mindlin-hypothese wordt rekening gehouden met afschuivingsvervormingen uit-het-vlak. Onze eigen gestabiliseerde variant van Mindlin vierplaatelement met constant afschuifvervorming langs de rand wordt toegepast. De elementen zijn geïnspireerd door MITC4-elementen; zie Dvorkin (1984). De shell wordt verdeeld in vijf integratielagen door de dikte van de plaat in elk integratiepunt en het plastisch gedrag wordt in elk punt geanalyseerd. Dit wordt Gauss-Lobatto integratie genoemd. De niet-lineaire elastisch-plastische fase van het materiaal wordt in elke laag geanalyseerd op basis van de bekende spanningen. Er worden alleen de maximale spanningen en vervormingen van alle lagen getoond.

Netconvergentie

Er bestaan enkele criteria voor het genereren van de mesh in het verbindingsmodel. De verbindingscontrole moet onafhankelijk zijn van de elementgrootte. Netgeneratie op een afzonderlijke plaat is probleemloos. Er moet aandacht besteed worden aan complexe geometrieën zoals verstijfde panelen, T-stuiken en voetplaten. Voor gecompliceerde geometrieën moet de gevoeligheidsanalyse met betrekking tot net-discretisatie worden uitgevoerd.

Alle platen van een liggerdoorsnede hebben een gemeenschappelijke opdeling in elementen. De grootte van de gegenereerde eindige elementen is beperkt. De minimale elementgrootte is ingesteld op 10 mm en de maximale elementgrootte op 50 mm (kan worden ingesteld in Norminstelling). Netten op flenzen en lijven zijn onafhankelijk van elkaar. Het standaard aantal eindige elementen is ingesteld op 8 elementen per doorsnedehoogte zoals weergegeven in de volgende figuur. De gebruiker kan de standaardwaarden wijzigen in Norminstelling.

De mesh op een ligger met beperkingen tussen het lijf en de flensplaat

De mesh van de kopplaten is afzonderlijk en onafhankelijk van andere verbindingsdelen. De standaard eindige-elementengrootte is ingesteld op 16 elementen per doorsnedehoogte zoals weergegeven in de figuur.

De mesh op een kopplaat met 7 elementen langs de breedte

Het volgende voorbeeld van een verbinding tussen ligger en kolom toont de invloed van de netwijdte op de momentweerstand. Een open doorsnede ligger IPE 220 is verbonden met een open doorsnede kolom HEA 200 en belast met een buigmoment zoals weergegeven in de volgende figuur. De kritische component is het kolompaneel in afschuiving. Het aantal eindige elementen langs de doorsnedehoogte varieert van 4 tot 40 en de resultaten worden vergeleken. Stippellijnen geven de 5%, 10% en 15% verschillen weer. Het wordt aanbevolen om de doorsnedehoogte onder te verdelen in 8 elementen.

Een balk-kolom verbindingsmodel en plastische vervormingen bij uiterste grenstoestand

De invloed van het aantal elementen op de momentweerstand

Er wordt een gevoeligheidsstudie van de mesh van een slanke samengedrukte verstijver van een kolom lijfpaneel gepresenteerd. Het aantal elementen langs de breedte van de verstijver varieert van 4 tot 20. De eerste knikmodus en de invloed van een aantal elementen op de knikweerstand en de kritische belasting worden weergegeven in de volgende figuur. Er wordt het verschil van 5% en 10% weergegeven. Het wordt aanbevolen om 8 elementen langs de verstijversbreedte te gebruiken.

De eerste knikmodus en de invloed van het aantal elementen langs de verstijver op de momentweerstand

Er wordt een meshgevoeligheidsstudie van een T-stuik op trek voorgesteld. De helft van de flensbreedte is onderverdeeld in 8 tot 40 elementen en de minimale elementgrootte is ingesteld op 1 mm. De invloed van het aantal elementen op de weerstand van de T-stuik wordt getoond in de volgende figuur. De stippellijnen geven het verschil van 5%, 10% en 15% weer. Het wordt aanbevolen om 16 elementen te gebruiken op de helft van de flensbreedte.

De invloed van het aantal elementen op de T-stuikweerstand