Hoe verschilt niet-lineaire kabelanalyse van lineaire analyse??

Kabelelementen die worden gebruikt in structurele software zijn erg handig bij het omgaan met tuibruggen, hangbruggen, kabelnetten en getuide palen/torens. Echter, kabels zijn erg moeilijk te modelleren en te analyseren vanwege hun zeer niet-lineaire eigenschappen. Kabels lijken over het algemeen op dunne staaldraden of touwen die erg flexibel zijn, ondergaan vaak grote doorbuigingen. Om deze redenen, een lineair-statische analyse is niet geschikt en kan leiden tot uiterst onnauwkeurige resultaten.

Bovenleiding kabelelementen

Een goede software voor structurele analyse omvat de mogelijkheid om structuren te modelleren met behulp van een speciaal kabelelement. Sommige software ondersteunt kabelelementen niet rechtstreeks, maar suggereert dat kabels worden gemodelleerd met behulp van een reeks alleen-spanningstruss-elementen. Echter, om ervoor te zorgen dat truss-elementen zelfs op afstand nauwkeurig zijn in dit scenario, de gebruiker moet de initiële knoopposities invoeren om de vervormde vorm van de kabel te schatten. Zoals men zich kan voorstellen, dit wordt vaak een lastige opgave in het geval van doorzakken en voorspanning. Verder, als een ingenieur een kabelelement probeert te modelleren met behulp van een ligger met een zwakke buigstijfheid (I_z en ik_j), dan zal de doorbuiging groot zijn zonder enige toename van de axiale kracht wanneer een dwarse belasting wordt uitgeoefend. Dit is duidelijk niet hoe kabels zich gedragen. Een echt bovenleidingskabelelement zal rekening houden met de verandering in geometrie als gevolg van de dwarse belasting en "overzetten" deze actie in axiale spanning. Dus, een enkel bovenleidingskabelelement kan het gedrag van een kabel nauwkeuriger en gemakkelijker modelleren dan een balkelement of meerdere truss-elementen.

Een enkel bovenleidingselement met doorbuiging als gevolg van een UDL.

Unieke kenmerken van kabels

Kabels zijn speciaal omdat ze hebben alleen axiale stijfheid die spanning ondersteunt. Dit betekent dat ze geen buiging hebben, afschuif- of torsiecapaciteit. Bovendien, naarmate de belasting van de kabels toeneemt, ze hebben de neiging om stijver te worden en kunnen grotere hoeveelheden dragen.

Welke voordelen heeft een niet-lineaire analyse voor kabels??

Zoals hierboven vermeld, kabels zijn geometrisch niet-lineair omdat ze zeer elastisch en flexibel zijn, dus grote doorbuigingen komen vaak voor als er kabels bij betrokken zijn. In een lineair-statische analyse, de evenwichtsvergelijkingen zijn gebaseerd op de onvervormde geometrie voordat belastingen worden toegepast. Echter, als de vervorming groot is (zoals wanneer er kabels bestaan), het is noodzakelijk om evenwicht in vervormde toestanden te overwegen. Stel je voor dat als belastingen worden toegepast, ze veranderen van richting als de structuur vervormt en roteert. Een voorbeeld hiervan zie je in de afbeelding hieronder. Als de straal kleine afbuiging ervaart, dan blijft het pad van de belastingen constant terwijl de balk afbuigt. Echter, als de straal aanzienlijk afbuigt en roteert, de belastingen worden diagonaal in plaats van verticaal. Kabels vertonen een soortgelijk gedrag wanneer ze vervormen en daarom is een geometrisch niet-lineaire analyse vereist.

De richting van de lasten verandert wanneer de doorbuiging groot is, een lineair-statische analyse ongepast maken.

De moeilijkheid bij het modelleren van kabels komt vaak voort uit convergentieproblemen. Niet-lineaire analyses zijn iteratief, dus de oplossing kan afwijken.

SkyCiv Structural 3D: Bovenleidingskabels

Het goede nieuws is dat SkyCiv nu bovenleidingskabels kan analyseren via niet-lineaire analyse met behulp van grote verplaatsingstheorie. In v2.1 van SkyCiv Structural 3D, gebruikers kunnen nu kabels modelleren met een echt bovenleidingskabelelement. Onze klanten kunnen ook de voorspanning en het doorzakken van de kabel regelen door een initiaal op te geven (of ongespannen) kabellengte.   Ik hoop dat dit artikel u heeft geïnformeerd over de analyse van bovenleidingen en de unieke kenmerken ervan. Als u vragen heeft over uw modellering of analyse:, aarzel dan niet om contact op te nemen met ons ondersteuningsteam!

Ik heb SkyCiv niet geprobeerd? Ga vandaag nog gratis aan de slag!

Gratis inschrijven