Modelowanie połączenia teleskopowego

Opis problemu

Połączenie teleskopowe definiowane jest między dwoma węzłami i umożliwia ich wzajemne przemieszczenie wzdłuż wskazanego kierunku blokując jednocześnie względne obroty oraz przemieszenia w kierunku prostopadłym (Rys.1). Ilustracją może być połączenie dwóch rur poprzez nasunięcie na nie rury o większej średnicy (założenie idealnego poślizgu, Rys.2). Połączenie teleskopowe jest często stosowane w celu eliminacji sił normalnych w elemencie lub/i jego podłużnej sztywności. Niniejszy dokument ilustruje sposób definiowania połączenia teleskopowego w programie Soldis PROJEKTANT v8.5 (plik modelu dołączono do dokumentu).

Metody

Procedura modelowania połączenia została zaprezentowana na przykładzie 10 metrowej belki wolnopodpartej (IPE330) podzielonej na dwie równe części i obciążonej równomiernie na całej długości zgodnie ze schematem na Rys.3. Dodatkowo, w lewym węźle przyjęto wymuszenie kinematyczne po kierunku osi belki o wartości 1cm. Połączenie teleskopowe zostanie zdefiniowane w środku rozpiętości. Między łączone elementy wstawiono krótki ( 5 centrymetrowy) element (teleskop) o sztywności giętnej równej sztywności łączonych elementów, natomiast sztywność podłużna została zredukowana do wartości bliskiej zeru poprzez przyjęcie małego pola przekroju (0.0001cm2). Pożądane sztywności osiągnięto z użyciem profilu o przekroju “Ogólnym” (możliwość definiowania właściwości geometrycznych samodzielnie). Ocena poprawności modelu została wykonana na podstawie analizy przebiegu sił przekrojowych oraz deformacji belki.

schemeRys.1. Idea połączenia teleskopowego. u i v są równe dla końców łączonych elementów. ideaRys.2. Przykład połączenia teleskopowego. Połączenie dwóch rur poprzez nasunięcie rury o większej średnicy

general_view

Rys.3. Schemat analizowanej belki wolnopodpartej

Procedura (Soldis PROJEKTANT v8.5)

Sposób definiowania geometrii, podpór oraz obciążenia można znaleźć w Procedurach.

Wyodrębnienie łącznika

  • [a] Kliknij na element LPM, a następnie z paska narzędzi wybierz Podziel pręt.

tele_1

  • [b] W oknie dialogowym Podziel pręt wybierz Poprzez punkt podziału i podaj Długość równą 5 metrów (środek belki). Zatwierdzając dane przyciskiem OK belka zostanie podzielona na połowę.
  • tele_2Aby wyodrębnić łącznik powtórz czynności [a-b] dla przęsła lewego wpisując Długość równą 4.95.

tele_4

Definicja profilu łącznika

Przykłady definicji profili dla różnych typów elementów dostępne są tutaj.

  • Otwórz Edytor profili i skopiuj profil belki.
  • Zmień sztywność podłużną profilu.
    • Kliknij dwukrotnie LPM i w panelu Przekrój wybierz Specjalne > Ogólny.
    • W panelu Edycja przekroju wpisz wartość Jx równą 11770 cm4 oraz pole przekroju A równe 0.0001 cm4.
    • Zaakceptuj zmiany przyciskiem OK.

    Pozostałe charakterystyki przekroju, w analizowanym przypadku, nie mają znaczenia i można pozostawić wartości domyślne.

  • Przypisz nowy profil do elementu łącznika zgodnie z instrukcjami w dokumentach dostępnych tutaj.

Wyniki

Przemieszczenie pionowe w środku rozpiętości wynosiło w obydwóch przypadkach 5.52cm. Przemieszczenie wzdłuż osi belki w przypadku schematu z łącznikiem wynosiło 1cm z jego lewej strony i 0cm z prawej. Poniżej przedstawiono wykresy sił przekrojowych przed i po wprowadzeniu łącznika teleskopowego.

normal

Rys.4. Porównanie wykresów sił normalnych (model z łącznikiem u dołu).

shear Rys.5. Porównanie wykresów sił tnących (model z łącznikiem u dołu).

bend_mom

Rys.6. Porównanie wykresów momentów zginających (model z łącznikiem u dołu).

Dyskusja i podsumowanie

Różnica przemieszczeń wzdłuż osi z lewej i prawej strony łącznika teleskopowego udowadnia niezależność ruchu łączonych węzłów w tym kierunku, a siła normalna w elementach bliska zeru brak sztywności w kierunku osiowym. Dodatkowo, zgodne przemieszczenie pionowe w środku rozpiętości oraz brak różnic w przebiegu momentów zginających i sił tnących dowodzi, że wprowadzone połączenie w pełni wiąże obrót oraz przemieszczenie prostopadłe do osi łączonych elementów. Połączenie spełnia zatem postawione na wstępie wymagania.

Załączniki do pobrania

Plik Opis Rozmiar pliku Pobrania
sdi telescope 14 kB 257

About Author

Krzysztof Szajek
Dr inż. Krzysztof Szajek: adiunkt na Wydziale Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej. Podstawowy obszar badań stanowią zagadnienia obliczeń numerycznych, modelowania i optymalizacji konstrukcji. Posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu oraz używaniu systemów informatycznych służących wspomaganiu projektowania konstrukcji budowlanych. Jest autorem/współautorem wielu programów komputerowych (Soldis PROJEKTANT, BrigadePlus, MEFA Static, ...). W roku 2012 obronił prace doktorską w dziedzinie optymalizacji konstrukcji. Jest autorem lub współautorem ponad 35 publikacji w czasopismach i materiałach konferencyjnych, w tym 3 monografii.

Leave a Comment

CLOSE
CLOSE