Comment modéliser et analyser une structure de levage par câble

Apprenez à effectuer une analyse de câble sur une structure avec ce tutoriel simple. Regarder comment modéliser le cadre, appliquer des charges pour simuler l'équipement et d'autres charges permanentes, avant d'analyser la structure à l'aide du logiciel FEA de SkyCiv.

La procédure pas à pas examinera également les problèmes courants liés à la résolution des câbles.

ouvrir ce modèle
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Modélisez votre charpente métallique

Commençons par construire un cadre simple, ce sera ce que nous allons soulever à l'aide des éléments de câble. Nous allons tirer le meilleur parti des fonctionnalités de modélisation pratiques suivantes:

  • Outil stylo – modéliser rapidement à l'aide de l'outil plume
  • Multi-édition – maintenez la touche CTRL enfoncée et faites glisser la souris pour sélectionner et modifier plusieurs parties de votre modèle
  • Rubriques de recherche – ajouter rapidement des sections de notre bibliothèque en quelques secondes, utiliser la recherche
  • Charges surfaciques – Sens Unique, charges de surface de charge bidirectionnelle et de vent qui calculent automatiquement (et réajuster!) les zones tributaires des membres.

Ajout de vos éléments de câble

Alors maintenant, nous ajoutons les câbles. Les câbles sont des éléments non linéaires, sont donc ajoutés de la même manière que vous ajouteriez n'importe quel autre membre. La principale différence est que les câbles ne sont jamais en compression, avoir zéro flexion, capacité de torsion ou de cisaillement (ils sont uniquement en tension) et ils présentent souvent de grands déplacements et un comportement non linéaire. Ainsi, l'analyse de ces types d'éléments est traitée légèrement différemment des éléments en acier ordinaires qui ont une résistance à la flexion et autre.

La modélisation des éléments de câble se fait de la même manière que vous le feriez pour tout autre élément. Par contre, lorsque vous affectez les attributs, tu sélectionnerais Type: Câble. Cela affectera automatiquement l'élément avec des fixités d'extrémité épinglées et le traitera comme un élément de câble dans le solveur.

model a cable lifting structure

Ouverture de la vue du rendu, montre clairement les éléments du câble (dans ce modèle, désigné par ID de section 2).

Application d'équipements et d'autres charges

L'application de charges d'équipement à votre structure de cadre est la même que dans les modèles d'analyse standard. Dans ce cas, nous avons appliqué une charge d'équipement (utilisant charges de surface bidirectionnelles) et quelques autres charges mortes (utilisant charges de surface unidirectionnelles).

model a cable lifting structure

Effectuer une analyse non linéaire et réparer les problèmes de stabilité

Les câbles subissent généralement de grandes déformations lorsqu'ils sont soumis à des charges importantes. La non-linéarité géométrique tient compte des changements dans la géométrie du câble au fur et à mesure qu'il se déforme. L’hypothèse initiale de linéarité dans la réponse du câble (comme dans l'analyse statique linéaire) devient invalide lorsque les déformations deviennent importantes.

Il est nécessaire d'utiliser une analyse non linéaire lorsque des éléments de câble sont présents, puisque l'analyse non linéaire considère ces changements géométriques et fournit des résultats plus précis. Lorsque vous chargez ou tendez un câble, après chaque étape, la structure s'est tellement déplacée que les charges ne sont pas nécessairement appliquées dans la même position qu'auparavant.

Par conséquent, pour cette structure, nous devrons effectuer une analyse non linéaire. Remarque: si l'utilisateur sélectionne Analyse statique linéaire, il reviendra automatiquement à l'analyse non linéaire.

model and analyze a cable lifting structure

Examen des résultats

Une fois l'analyse terminée avec succès, c'est une bonne idée de vérifier les déviations à (a) s'assurer que les chiffres sont raisonnables et (b) animez la déviation de la structure pour voir si elle se déforme d'une manière à laquelle vous vous attendez. Si les éléments de câble ne se résolvent pas correctement, vous verrez des courbes de déviation irrégulières et cela pourrait être une indication que les câbles sont sous ou surchargés.

Un élément de câble qui se comporte bien doit être lisse, affaissement et montrant des déformations de tension uniquement, comme on le voit dans le modèle d'exemple:

model and analyze a cable lifting structure

Un autre résultat à revoir, est la contrainte axiale dans les câbles. Évidemment, puisque le câble n'a aucune capacité de cisaillement ou de flexion, toute la force est transférée via la tension dans l'élément. Par défaut, la structure mettra en évidence toutes les contraintes qui dépassent le rendement du matériau/la résistance ultime. Vous pouvez également entrer votre propre contrainte admissible personnalisée, afin que vous puissiez facilement identifier les éléments qui dépassent vos limites de stress:

cable lifting structure design

Un autre résultat à considérer est l'allongement de votre câble. Semblable au résultat de déformation précédemment examiné, cependant, dans ce cas, nous examinons jusqu'où le câble s'est étiré. Il y a souvent des limites à ce qui est acceptable lorsqu'il s'agit de concevoir des câbles. L'analyse des déplacements aide à évaluer le comportement du câble dans différentes conditions de charge et garantit que les déplacements se situent dans les limites autorisées.

Pour ça, nous pouvons utiliser l'analyse d'un seul membre et activer Déplacement local X qui nous donnera la déflexion totale du câble le long de son propre axe. Dans l'exemple ci-dessous, le câble est allongé de 2.1164 pouces:

cable lifting structure design

Résolution des problèmes courants dans l'analyse des câbles

Si votre structure de câble ne parvient pas à résoudre (souvent en raison de l'instabilité ou de l'incapacité à converger), Voici quelques éléments courants à vérifier ou à essayer:

  1. Vérifier la taille du diamètre
  2. Vérifiez que les câbles ne sont pas surchargés / sous-chargés
  3. Réduisez votre précision de convergence
  4. Ajouter des supports supplémentaires
  5. Vérifiez vos autres membres

FAQ

L'affaissement du câble est pris en compte en tenant compte du poids propre du câble et des charges appliquées, qui provoquent une déviation. Les ingénieurs utilisent généralement des équations caténaires ou des méthodes numériques pour déterminer la forme et l'affaissement du câble dans des conditions de charge spécifiques.

Oui, vous pouvez appliquer une charge de précontrainte à un élément de câble

Oui, cependant, le logiciel s'en chargera automatiquement pour vous. Dans d'autres logiciels, l'élément de câble peut être divisé en éléments plus petits, qui peut être fastidieux à régler. SkyCIv conservera l'élément en tant que membre unique, et ne diviser l'élément que du côté du solveur – faciliter la modélisation et les modifications.

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