Konstruktor budowlany

Jarek83

Czy ktoś może mi pomóc z reakcjami na podporę liniową w Robocie. Zadeklarowana jest ściana żelbetowa. Chciałbym znać reakcję (obciążenie rozłożone) od stropu na tę ścianę. Do tej pory radziłem sobie zbierając reakcje na węzły podpory liniowej sumowałem i dzieliłem przez długość podpory (uśredniałem). Tym razem mam bardzo dużo kombinacji i reakcji też jest bardzo dużo. Jak w Robocie można to łatwiej zrobić? Czy posługiwać się zakładką wykresy (wykresy->reakcje->wykresy dla podpór liniowych) w rezultatach? Jakoś dziwnie to działa.

burczynski

Może pocja "Rezultaty>Zaawansowane>Wyniki zredukowane dla paneli" załatwi Twój problem. Proponuję poczytać w pomocy, bo trzeba uważać na interpretację wyników (uśrednianie na całej długości przekroju panela, kierunki sił, wybór odpowiedniego przecięcia itp.)

ryba

Nie dawno ćwiczyłem temat przekrojów i sił zredukowanych chcąc uzyskać siłę przekazywaną na ścianę w konstrukcji 3D (z panela na panel, więc formalnie nie ma podpór i reakcji) i wniosek był taki że może to być obciążone bardzo dużym i nieprzewidywalnym błędem, mocno zależy od siatki ES i o ile pamiętam to wartości były generalnie niedoszacowane. Dlatego odradzam korzystanie z tej metody.
Chyba łatwiej jest wyświetlać reakcje (zakładam że masz zdefiniowane podpory) dla zaznaczonych węzłów, jest to trochę upierdliwe ale masz kontrolę nad tym jakiego odcinka dotyczy uśrednienie. Dodatkowo dla pewności można pominąć węzły narożne w których zwykle występuje reakcja ujemna co nieznacznie zawyża wyniki w stronę bezpieczną.
Nie wiem jak jest w bieżącej wersji ale dawniej robot czasami oszukiwał przy wyświetlaniu średnich wartości dla peneli o dużej ilości boków więc uważaj ja czytasz wyniki i prowadź kontrolę np. przez sprawdzenie całkowitej sumy reakcji.

burczynski

Niestety jak to w MES dla elementów dwu- i trójwymiarowych istotnym i jednocześnie trudnym zagadnieniem jest gęstość siatki ES.

Przeprowadziłem krótki test na dokładność obliczania sił zredukowanych w tarczy. Dwa schematy statyczne - belka wolnopodparta i belka obustronnie utwierdzona, dla obu schematów statycznych rozpiętość 5m, obciążenie q=100kN/m. Wyniki z Robota porównałem z teoretycznymi wynikami według klasycznej mechaniki budowli.

Sprawdzałem cztery panele o jednakowych wymiarach, ale różnym podziale siatki:
podział 1 - wysokość 1 ES, długość 8 ES
podział 2 - wysokość 2 ES, długość 8 ES
podział 3 - wysokość 4 ES, długość 16 ES
podział 4 - wysokość 8 ES, długość 32 ES

a) belka wolnopodparta

- wynik teoretyczny
T=0,5*100*5=250kN
M=(100*5^2)/8=312,5kNm

- wynik dla podziału 1
T=218,7kN
M=303kNm

- wynik dla podziału 2
T=218,7kN
M=306kNm

- wynik dla podziału 3
T=234kN
M=311kNm

- wynik dla podziału 4
T=242kN
M=312kNm

b) belka obustronnie utwierdzona

- wynik teoretyczny

T=0,5*100*5=250kN
M_min=(100*5^2)/24=104kNm
M_max=-(100*5^2)/12=-208kNm

- wynik dla podziału 1
T=219kN
M_min=97,6kNm
M_max=-137kNm

- wynik dla podziału 2
T=219kN
M_min=104kNm
M_max=-142kNm

- wynik dla podziału 3
T=234kN
M_min=107kNm
M_max=-174kNm

- wynik dla podziału 4
T=242kN
M_min=106kNm
M_max=-191kNm

I jeszcze małe zaskoczenie. W tarczy modelującej belkę wolnopodpartą zredukowana siła normalna przy podporze wynosi od 106 do 139kN (w zależności od podziału), a wydawałoby się na chłopski rozum, że powinno to być blisko zera. Dla tarczy utwierdzonej zredukowana siła normalna przy podporze waha się od -0,5 do -5kN. Wynika to prawdopodobnie z tego, że siły zredukowane są liczone na podstawie naprężeń, a te gwałtownie rozną przy punktowej podporze w pojedynczym węźle. Trzeba pamiętać, że dokładność obliczonych naprężeń w okolicy dużych sił skupionych jest mała, stąd ta duża różnica w sile normalnej (podporę belki utwierdzonej zamodelowałem przegubami na całej wysokości boku).

Podsumowując zgadzam się z rybą - trzeba uważać na interpretację wyników, szczególnie, gdy dany element jest mocno wytężony.

ryba

Otóż to, najprostszy i najszybszy sposób żeby rozstrzygnąć podstawowe problemy z działaniem programu, ja modelowałem sobie płytę wolnopodpartą w jednym kierunku i największe zdziwienie budziło u mnie to że znacząca część siły poprzecznej nie jest przesunięta tylko znika, walą się podstawowe warunki równowagi itd.

Jarek83

Czyli wniosek jest taki, że najlepiej wrócić do starej dobrej metody trapezowego rozkładu obciążeń na ścianę? Miałem nadzieję, że trochę sobie to ułatwię.

burczynski

Ja raczej ze swojej strony radziłbym troszkę potestować dokładność w Twoim przypadku dla różnych podziałów siatki i zastanowiłbym się, czy dana dokładność odpowiada mi. Być może dojdziesz do wniosku, że wystarczy do otrzymanych wyników dla bezpieczeństwa dodać np. xxx%. Niestety nie można moim zdaniem przenosić tego typu wniosków z jednego rodzaju zadania na zupełnie inne. Zdefiniowanie ogólnych zaleceń dla interpretacji odczytu sił zredukowanych dla paneli to zadanie na pracę naukową, m. in. z uwagi na algorytm obliczania naprężeń w MES, na podstawie których po scałkowaniu na długości przecięcia panela obliczane są siły zredukowane.

stanislove

a ja mam kilka pytań odnośnie analizy przeprowadzonej przez burczyńskiego, ponieważ brakuje mi kilku danych:

1. Prowadziłeś obliczenia w płaskim stanie naprężenia czy płaskim stanie odkształcenia. czy może w o ogóle prowadziłeś obliczenia dla brył? czy po prostu wziąłeś "Projektowanie belek ścian żelbetowych"?

2. Szkoda, że nie podałeś jakichś wymiarów badanego przekroju - w końcu zupełnie inaczej zachowa się belka o wysokości 30 cm i tarcza o wysokości 300 cm.

3. Dziwisz się, że powstały duże siły normalne w przekroju, ale nie wiem czy słusznie. Jeżeli z obu stron zastosowałeś podporę nieprzesuwną, to właśnie tak to musiało się skończyć. Podczas analizy tarczy (w przeciwieństwie do pręta) Robot bierze pod uwagę to, że chce się ona "rozsunąć" na podporach - i jeżeli nie ma takiej swobody, to powstaną BARDZO znaczące siły normalne - zmaleją naprężenia rozciągające, a wzrosną ściskające - jest to nieuniknione.

4. Pamiętaj, że przedstawione przez Ciebie wyniki i wyniki przedstawiana przez Robota są obliczane na podstawie zupełnie innych analiz, i jestem przekonany, że Robot policzy to lepiej od Ciebie (bez urazy, ode mnie też). W swoich badaniach nie wziąłeś np. pod uwagę tego, że przykładasz obciążenie nie w osi przekroju - jak to jest założone dla belek, ale na jego górnej powierzchni, co oczywiście daje ogromne różnice, szczególnie w schematach statycznie niewyznaczalnych.

Dla odmiany, ja chciałbym przedstawić moją analizę:

- typ: PŁASKI STAN NAPRĘŻĘNIA
- schemat statyczny: belka swobodnie podparta, modelowana jako tarcza. rozpiętość belki l=5m, wysokość belki h=0,5m, szerokość panela b=0,3m (na wszelki wypadek panel przyjąłem jako stalowy), czyli wg wszelki klasyfikacji jest to po prostu belka. belka ma możliwość przesuwu wzdłuż osi x.
- obciążenie przyłożone do górnej powierzchni panela - 100 kN/m

wyniki teoretyczne:
W=(bh^2)/6=0,3*0,5^2/6=0,0125 m^3
M=(ql^2)/8=100*5^2/8=312,5 kNm
s=M/W=25 MPa

wyniki uzyskane w Robocie (momenty zredukowane i naprężenia normalne):
1) siatka 1x1 - wyniki: M=0; s=0
2) siatka 5x5 - wyniki: M=113; s=8,87
3) siatka 5x10 - M=223 s=18,19
4) siatka 5x20 - M=285 s=23,11
5) siatka 5x30 - M=301 s=24,61
6) siatka 5x100 - M=313 s=25,37
7) siatka 10x200 - M=312,7 s=25,29
Cool

siatka 20x500 - M=312,6 s=25,01

podsumowanie badania:
- dokładność wyników wzrasta wraz z wielkością siatki
- nie wystąpiły żadne siły normalne
- wyniki zgadzają się z analizą teoretyczną
- rozkład naprężeń w przekrojach - zgodny z teorią.

Moim zdaniem Robot to narzędzie bardzo bezpieczne, o ile dobrze się wszystko zamodelowało - a podejrzewam, że burczyński (przepraszam, że tak się zwracam, ale nie mam jak inaczej Wink

), popełnił błędy przy modelowaniu.

No i warto poczekać parę sekund dłużej na wyniki, bo mogą być o niebo dokładniejsze.

Analizę warto zakończyć wtedy, gdy dla znacznego wzrostu ES zauważamy niewielki wzrost wyników. W tym przypadku do analiz w porządku byłaby siatka 5x50 - czyli praktycznie 10x10 cm. I myślę, że taka siatka jest dla mniejszych elementów jak najbardziej odpowiednia.

burczynski

Do stanislove:

1. Obliczenia prowadziłem w module powłoka.

Tarcza (powłoka) zamodelowana jest w płaszczyźnie XZ, obciążenie przeciwnie do osi Z.

2. Wysokość tarczy 1m, długość 5m. Wiem, że dane proporcje tarczy nie spełniają warunków koniecznych dla słuszności hipotezy Bernoulliego o płaskich przekrojach.

3. Lewa podpora - zablokowane kierunki UX, UY, UZ w lewym dolnym rogu tarczy, prawa podpora - zablokowany kierunek UY, UZ. Takie podparcie oczywiście generuje niestabilność, którą jednak wobec zerowych przemieszczeń w kierunku Y. Sądzę więc, że na pierwszy rzut oka można się spodziewać, że zredukowane siły normalne nie powinny wystąpić dla schematu belki wolnopodpartej. Jak już jednak pisałem sądzę, że wynika to z algorytmu MES obliczania naprężeń, a co za tym idzie sił zredukowanych. Oczywiście zgadzam się, że przegubowe podparcie na obu końcach bez możliwości przesuwu naturalnie wygeneruje siły normalne (dolne włokna będą chciały się wydłużyć, a nie będą mogły).

4. Myślę, że z grubsza zdaję sobie sprawę z różnic między analizą elementów jedno- i dwuwymiarowych oraz klasyczną mechaniką budowli Smile

Robot z pewnością liczy lepiej ode mnie, nie żywię urazy do Ciebie - stanislove. Mam na imię Grzesiek, jeśli tak wolisz się do mnie zwracać. Uważam Robota za narzędzie sprawdzone, ale wymagające dużej wiedzy i ostrożności (jak każdy inny program do MES).

To, co piszesz o zwiększeniu dokłądności przy zagęszczaniu siatki MES jest generalnie prawdą, tylko kto ma w realnej pracy czas na testowanie wrażliwości rozwiązania na topologię siatki. Poza tym z zagęszczaniem trzeba uważać w rejonie dużych gradientów wielkości statycznych, np. w miejscach sił skupionych, czy w narożnikach wklęsłych. Przy dużym zagęszczaniu wyniki naprężeń mogą rosnąć do nieskończoności.

Przy małych zadaniach w praktyce z reguły nie ma potrzeby dokładniejsze analizowanie belek jako tarcz. Natomiast przy układach o wielu tysiącach stopni swobody (np. cały budynek) nie ma technicznej możliwości dużego zagęszczania siatki. Niestety tutaj Robot mocno kuleje. Jego algorytmy w porównaniu do zaawansowanych programów MES (Abaqus, Cosmos/M itp.) z punktu widzenia szybkości działania są daleko w tyle.

Moja "analiza" była zrobiona naprędce, jest zdecydowanie daleka od podejścia naukowego, więc nie wykluczam błędów, za ewentualne z góry przepraszam.

Dla zainteresowanych zamieszczam plik.

[link widoczny dla zalogowanych]

stanislove

Porobiłem jeszcze parę przykładów i chyba wiem już skąd biorą się te siły normalne:

- w modelu prętowym nie ma takiego problemu, gdyż jego reprezentacją obliczeniową jest jego oś - w związku z tym na grubości i wysokości nie występują żadne zaburzenia układu naprężeń.

- w modelu tarczowym ten problem jednak występuje ze względu na zaburzenia spowodowane przez nieosiowe umiejscowienie zarówno podpór jak i obciążenia. im bliżej środka belki - tym mniejszy wpływ podparcia - im bliżej podpór tym większy jest ich wpływ na przebieg naprężeń na wysokości belki - górna część tarczy ma względną swobodę przemieszenia - jednak w dolnej strefie ten problem występuje i zaburza układ naprężeń (co zresztą widać na mapach) - po scałkowaniu naprężeń z przekroju rzeczywiście może wyjść na to, że działają jakieś siły normalne.

a co do nieskończonych wartości przy siłach skupionych - cóż taka prawda, że siła skupiona w sensie modelu matematycznego musi powodować wartości nieskończone i to nie wada programu, a wada modelu. warto wtedy modelować siły skupione tak jak występują w rzeczywistości - czyli np. jako obciążenia rozłożone na długości oparcia belki itp.

burczynski

Do stanislove:

Ty chyba cały czas odnosisz wrażenie, że ja krytykuję Robota Smile

A ja tymczasem już na studiach byłem nim zafascynowany Wink

Zacząłem się go uczyć jeszcze od DOS-owej wersji V6 i wydaje mi się, że w miarę czuję co się w nim dzieje, przynajmniej w części związanej z MES (przepraszam, jeśli ktoś to uzna za brak skromności).

Nigdzie nie sugerowałem, że w którymkolwiek miejscu wina leży po stronie programu. To co piszesz jest prawdą - wszystko wynika z niuansów siedzących głęboko w funkcjach kształtu, w tym wypadku elementów skończonych pierwszego rzędu (trój- i czterowęzłowych), algorytmach uzyskiwania naprężeń i sił zredukowanych itp. Mało kto zdaje sobie z tego sprawę i tu mam pretensje do Robobat, bo instrukcja do programu jest pisana mocno po łebkach, w wielu miejscach też nie jest uaktualniana z wersji na wersję, że o pozostałych dobrze znanych wadach samego programu nie wspomnę.