Beispielübersicht

In this example you will learn the basic steps of beam model creation, Verzahnung, Materialien, Randbedingungen und Lasteingabe. Eine Analyse wird unter Verwendung einer linearen statischen und einer linearen Knickanalyse durchgeführt.

The example shown in this tutorial is the beam with a total length 1700 mm und einer Tiefe von 500 mm. The web has thickness 2 mm und es gibt zwei Stegöffnungen (Kreisform) mit Durchmessern 400 mm und 350 mm. Die oberen und unteren Flansche haben eine Breite 100 mm und Dicke 8 mm. Der Trägersteg wird von beiden Seiten durch Vertikalsteifen und Längssteifen ausgesteift (an den Enden). Die vertikalen Versteifungen bilden zwei Hauptstegpaneele der Länge 750 mm. Alle Steifen haben Breite 50 mm und Dicke 12 mm. Der Träger wird durch eine konzentrierte vertikale Kraft belastet, die sich oben auf den vertikalen Steifen in der Mitte befindet, und der Balken hat zwei Stützen unterhalb der zweiten und der vierten vertikalen Versteifung.
Der Balken besteht aus Stahl mit Fließspannung 230 MPa für das Web, und 245 MPa für andere Elemente.

Das aktuelle Beispiel stellt den experimentellen Test aus der Arbeit dar “Bruchverhalten von Lochblechträgern bei Querbeanspruchung. Alireza Bahrami, Mahdi Najarnasab. Das offene Bau- und Gebäudetechnik-Journal”.

Schritt 1. Netz

In the Web panel define the web with length (L.) 1700 mm, Tiefe (H.) 500 mm und Dicke (t) 2 mm.

Schritt 2. Flansche

In the Flange panel define top and bottom flanges the full length of the web (L.) 1700 mm, mit Anfangs- und Endbreite (b) 100 mm und Dicke (t) 8 mm

Schritt 3. Vertikale Versteifungen

Definieren Sie in der Gruppe Vertikale Steifen Steifen mit Spannweiten (SL) 100, 750, 750 und 100 mm von der linken Seite des Trägers. Define them all with the width (B.) 50 mm und Dicke (t) 12 mm.

Schritt 4. Längssteifen

In the Longitudinal Stiffener panel define 6 Versteifungen. Am Anfang des Balkens (SL: 0 mm) define 3 stiffeners with length (L.) 100 mm und Position von oben (ST1, ST2) 125, 250, und 375 mm. Die anderen drei Versteifungen starten aus der Ferne (SL) 1600 mm. Breite (B.) und Dicke (t) sind die gleichen wie für vertikale Steifen.

Schritt 5. Web-Eröffnungen

In the Web Openings panel define two openings. Beide haben CIR-Formen (Kreisform) mit Radius (Ein Rundgang durch die Berechnungen, die zum Entwerfen eines kombinierten Fundaments erforderlich sind) 200 und 175 mm. Eine Öffnung ist bei angeordnet (SL) 475 mm von links, und die zweite bei 750 mm. The opening center is shifted from the top (ST) auf 250 mm.

Schritt 6. Vernetzung

In the Mesh panel define mesh element sizes on the side length as 25 mm, and on the opening length as 15 mm. Das 25 mm Seitenlänge wird für die Bahn verwendet, Flansche, und Versteifungskanten. Das 15 mm opening length will be applied for the opening edges. Click the Preview button to see the potential FE nodes distribution. Klicken Sie auf die Schaltfläche Generieren, um das FE-Netz für die Analyse zu erstellen.

Schritt 7. Grenzen

In the Boundary Stiffeners panel define constrains for the beam. Here one pin and one roller supports are at the bottom of stiffener 2 and stiffener 4. Define the first two rows in the table as the left and right parts of the stiffener 2 (Name: V2L, V2R). Define the side of the stiffeners to be constrained (B.). Follow the global axis to define restrictions for the nodes (pinned support has only one release for rotation about z-axis). The other two rows in the table corresponded to the roller support, below the parts of the vertical stiffener 4 (Name: V4L, V4R). The beam has no lateral translations. Define next 4 rows in the table for right side of the stiffener V2R, V3R, V4R, select ET and EB, and define restrictions only along axis Z. Click on the Preview button to see the nodes with constrains.

Schritt 8. Ladungen

In the Stiffener Loads panel define the concentrated load at the middle of the beam. Die Ladung hat einen Wert 40 kN und wird auf zwei vertikale Steifen aufgebracht. In the table define two rows, select left and right parts of the stiffener 3 (V3L, V3R). Wenden Sie die Hälfte der Last an (Fz: 20 kN) to the top side (T.) jedes Teils der Versteifung. Click Preview to see how the load is distributed in FE nodes.

Schritt 9. Analyse

Wählen Sie im Bereich Analysetyp die Option Linear statisch aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Analyse.

Schritt 10. Verschiebungsergebnisse

In the Results panel select result type from dropdown list. Display a deformed view of the model with its deformation scaling.

Schritt 11. Stress-Ergebnisse

Wählen Sie den Ergebnistyp „S, Spannung“, um die Spannungsverteilungskontur zu überprüfen. Select different stress components and display the contour. The normal stress (XX) value is 308 MPa and exceeds the yielding stress of the web 230 MPa. This indicates on the occurrence of plastic strain zones in the web. In the next Tutorial this plasticity will be investigated in more detail for this beam.

Schritt 12. Linear Buckling Analysis

Now investigate the linear buckling shapes and critical buckling forces of the beam. Select ‘Linear Buckling’ in the Analysis Type panel. Select the necessary number of buckling shapes, or ‘Eigen Modes’. Typischerweise, for the current type of beam analysis, 3-5 modes is enough. Click the Analysis button.

Schritt 13. Buckling Results

In the Linear buckling results panel you can select the result mode. Here are the 3 modes with their corresponding buckling load factors. If multiply the factor by the applied load value you will receive the critical linear buckling force. Beispielsweise, with our applied force of 40 kN the critical buckling load will be Fcr = 0.965 x 40 = 38.6 kN. In der Praxis, this means that if apply this critical load to the structure, then the structure becomes unstable in terms of linear buckling stability. The buckling shapes can be seen after clicking on the Display button. Potential buckling shapes are mainly located around the web. This kind of buckling is called as local buckling. Using these results can be confirmed that the structure does not have enough capacity for this applied load. This is also proven by the experimental test results. From the experiment the critical force is below 40 kN.