Estrutura de Silo de Aço usando Placas e Elementos de Casca

Aprenda a usar o SkyCiv Shell Elements para modelar e analisar uma estrutura de silo com cargas hidrostáticas.

Neste passo a passo, veremos duas maneiras de modelar uma estrutura como esta. (1) usando o plug-in do Excel e (2) usando os recursos integrados do SkyCiv Structural 3D. Vamos nos concentrar principalmente em (2), usando as operações de modelagem e recursos de malha do S3D.

Ver outros exemplos

[BÔNUS] Usando o plug-in SkyCiv Excel

O Excel é uma ferramenta extremamente poderosa, pois as fórmulas integradas facilitam cálculos complexos de geometria. SkyCiv tem uma instalação de um clique disponível para nosso plugin do Excel. Adicionando alguns parâmetros, em seguida, usando os cálculos padrão (neste caso COS, PECADO) para construir seu modelo de silo.

Steel Silo Structure

O plugin seria o método preferido se esta for uma estrutura comum. Gastar mais tempo gerando modelos a partir de alguns parâmetros economizaria horas no longo prazo. Salvar este modelo para usar repetidamente em suas estruturas de silo economizaria muito tempo!

Modele uma única tira de placa

Ao modelar silos, muitas vezes é mais fácil começar com um único elemento e depois girar esse elemento para formar a base do seu modelo. Queremos criar uma única faixa, que está fora do centro, em seguida, gire em torno desse ponto central para completar a estrutura. Para fazer isso, faremos alguns cálculos simples para entender quantos segmentos precisaremos e o grau entre os segmentos:

  • Diâmetro da estrutura, neste exemplo, 6ft
  • Queremos criar uma “circulação’ estrutura dividida em 60 segmentos
  • Portanto, nós precisamos 360/60 = 6 graus entre cada segmento
  • A posição de cada tira pode ser calculada usando COS & PECADO o diâmetro
Steel Silo Structure using Plates

Inserindo esses nós na folha de dados para formar os nós de canto da nossa primeira placa. Você pode adicionar um prato rapidamente (uma) destacando todos os nós (2) em seguida, clique com o botão direito na GUI e clique Adicionar placa. O software colocará automaticamente seus nós no sentido horário e adicionará a placa para você! Isso se torna ainda mais útil quando chega a hora de adicionar nossas placas superior e inferior mais complexas.

Aplique suas pressões hidrostáticas

Usando pressões lineares, podemos adicionar pressões hidrostáticas para simular as pressões crescentes aplicadas pela água ou qualquer outro líquido presente em seu silo. Nosso plano aqui é construir um único segmento, com uma única pressão:

Steel Silo Structure

As pressões lineares são adicionadas adicionando P1, P2, P3 (os três nós para ditar a direção da pressão) e depois M1,M2,M3 (a magnitude das pressões para cada um desses pontos). No exemplo acima, você pode ver que adicionamos 1kip para os dois primeiros pontos, e 0kip para o terceiro ponto – criando uma pressão triangular.

Gire/repita sua tira

Quando estiver satisfeito com sua única tira, é hora de girar/repetir. Destaque sua tira, em seguida, clique em Operações – Girar, que mostrará a seguinte entrada:

Design Steel Silo Structure

Adicione o número de repetições, o ângulo entre a repetição e depois o eixo (neste caso estamos girando em torno do vetor 0,1,0 do eixo global). Uma vez submetido, você deverá ver as paredes verticais do seu silo completas. Observação: A repetição também repetirá suas pressões hidrostáticas, eles apenas foram escondidos por simplicidade:

Design Steel Silo Structure

Malha suas placas

Para gerar um modelo de análise mais preciso, queremos mesclar as placas em elementos menores. Oferecemos suporte a dois tipos de malha, cada um com sua própria vantagem:

  1. EstruturadoQuadrilátero – estes são úteis para engrenar placas retangulares. Usaremos isso para as placas verticais, para que possamos criar belas malhas quadradas isométricas, já que podemos controlar as divisões b e h
  2. Quadriláteros não estruturados – estes são ideais para formatos de placas complexos. Nesse caso, a tampa superior e a base do cilindro.

Usando uma combinação destes, podemos interligar nosso silo. Selecionando as paredes verticais, em seguida, clique com o botão direito placa de malha e fazendo o mesmo para a placa de base:

Design Steel Silo Structure using Plates

Adicionar suporte de mola de superfície

Podemos adicionar um suporte de mola superficial para simular a interação da mola do solo com a estrutura. Para adicionar este tipo de sistema de suporte, basta selecionar a placa e clicar Adicionar suporte de mola de superfície na opção Suportes. Isso abrirá a seguinte entrada:

steel silo design

Os usuários podem então inserir o Módulo de Reação do Subleito para seu solo, que normalmente é feito de um relatório geotécnico para a localização do seu site. O software traduzirá isso automaticamente para uma constante de rigidez de mola para o suporte de mola. Este tipo de suporte é típico quando sua estrutura está assentada no solo. Contudo, se sua estrutura for construída em algum outro sistema de suporte, você obviamente usaria um tipo diferente de suporte.

Resolvendo & Revendo

Por enquanto, você já deve ter o seguinte completo:

  • A geometria de suas placas está definida, incluindo espessura da placa
  • Propriedades materiais de suas placas (neste exemplo estamos usando a predefinição Aço Estrutural) mas este material deve ser revisado para o seu caso específico
  • Placas todas malhadas
  • Pressões aplicadas, você também pode adicionar cargas adicionais para vento, neve etc.…
  • Condições de limite definidas

Você finalmente está pronto para resolver! Clique Resolver no canto superior direito para realizar a análise. Dependendo do número de elementos de malha que você tem, isso pode levar um minuto ou mais.

Agora você pode revisar os resultados da análise clicando em Pratos e ativando um determinado resultado. Nesse caso, estamos analisando os resultados da soma de deslocamento para revisar se o modelo está conectado e construído corretamente. Escalando a deflexão (S + Rolagem) você deve ser capaz de revisar quaisquer questões ou problemas óbvios em seu modelo.

steel silo design

Perguntas frequentes

Mede a deformação do solo por unidade de pressão aplicada. Às vezes é mais fácil ver como isso é calculado:

k = p/s

k = Módulo de reação do subleito
p = Pressão Aplicada
S = deslocamento do solo

A unidade é kip/ft3, pois representa a quantidade de pressão aplicada à deformação do solo.

Isto depende completamente do perfil do solo e deve ser determinado por um engenheiro geotécnico ou relatório geotécnico apropriado..

Contudo, por exemplo, um módulo típico de reação do subleito para areia compactada poderia ser 0.05 - 0.15 MPa/mm

Você também pode criar malha de todo o seu modelo com um único clique. Para fazer isso, selecione todas as suas placas e clique Malha automática. A vantagem de fazer desta forma, é que todas as suas placas estarão conectadas corretamente e conectará automaticamente quaisquer nós e membros internos.

Isto é benéfico para estruturas e modelos mais complexos, no entanto, neste caso, a maioria das placas e do modelo eram simétricas, então pudemos usar o processo de malha manual.

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