Руководство по методу прямой прочности холоднокатаной стали

Проектирование холодногнутых стальных элементов является сложной задачей из-за сложной устойчивости тонкостенных элементов.. Для решения этой проблемы было разработано несколько методов., как метод прямой силы (ДСМ), самый гибкий и современный подход. SkyCiv стремится помочь поддержать DSM, с помощью таких ресурсов и программного обеспечения, которое поддерживает проектирование холодноштампованной стали с помощью этого подхода..

DSM обеспечивает прогноз прочности холоднокатаного элемента без расчета эффективной ширины. [1] (Расчет эффективной ширины часто представляет собой сложный процесс со многими ограничениями для анализа сложных геометрических форм.). По Мейергофу, Расчет критической прочности при продольном изгибе может осуществляться различными подходами., в основном метод конечной полосы (ФСМ) и метод конечных элементов (ПЯТЬ). В этом руководстве, мы будем исследовать:

• Что такое метод прямой силы?
• Принятие и внедрение в отрасли
• Традиционный метод конечной полосы
• Типы режима потери устойчивости
• Каковы факторы DSM?
• Метод конечной полосы в SkyCiv Раздел Builder

Что такое метод прямой силы? (ДСМ)

В Метод прямой прочности (ДСМ) это подход к проектированию, используемый преимущественно для анализа и проектирования холоднодеформированных стальных элементов.. В отличие от традиционных методов (например, метод эффективной ширины) that rely on calculating effective section properties to account for local buckling, the DSM directly computes the member’s strength using its full, unreduced cross-sectional properties.

Pros and Cons of Direct Strength Method

Pros	Cons
Simplifies Design Process: Reduces complexity by eliminating effective width calculations.	Learning Curve: Requires engineers to become familiar with new concepts and formulations.
Enhanced Accuracy: Directly accounts for various buckling modes for precise strength predictions.	Ограниченные исторические данные: Для некоторых конкретных приложений доступно меньше эмпирических данных по сравнению с традиционными методами..
Универсальное применение: Подходит для сложных и нестандартных сечений..	Программная зависимость: Могут потребоваться передовые программные инструменты, не доступные всем практикующим специалистам..
Единая методология: Обеспечивает последовательный подход к различным проявлениям коробления..	Стандартное соответствие: Пока не все региональные кодексы могут полностью включать положения DSM..
Содействует инновациям: Поощряет использование новых материалов и форм благодаря адаптируемой структуре..	Сопротивление переменам: Инерция отрасли может замедлить внедрение, поскольку специалисты-практики придерживаются знакомых методов..

Усыновление и принятие:

DSM признан и включен в основные международные стандарты проектирования., Такие как:

• AISI S100: Североамериканские спецификации на проектирование стальных несущих элементов холодной штамповки.
• AS / NZS 4600: Стандарт Австралии и Новой Зеландии на стальные конструкции холодной штамповки.

DSM is also being prioritised as a future method by being taught in universities and becoming a more common method taught in cold formed design courses. We’re also seeing an increase in it’s support by structural analysis and design software packages who are integrating DSM into their design modules.

тем не мение, there are still some obstacles and challenges in the DSM being widely-adopted, since it is a relatively new/untaught method. Transitioning from traditional methods requires training and adaptation, которые некоторые практикующие специалисты могут неохотно выполнять.

Традиционный метод конечной полосы

FSM был создан как упрощение FEM., оба метода имеют одинаковую теоретическую основу, and the FSM is also a matrix method. By defining the nodes and elements of a section it is possible to analyze any complex shape. Это способствует оптимизации разделов и упрощает процесс анализа..

Несколько вариантов, включая инструменты с открытым исходным кодом, в настоящее время доступны для выполнения анализа методом конечных полос. тем не мение, интеграция этих инструментов с программным обеспечением для общего анализа и проектирования оказалась сложной задачей из-за их сложного характера.. SkyCiv недавно создала инструмент анализа метода конечных полос, который полностью интегрирован в нашу Конструктор разделов программное обеспечение. Этот инструмент автоматизирует расчет коэффициентов DSM для стандартных и нестандартных холоднодеформированных профилей., с учетом конструкции из стали DSM в соответствии с AISI S100, ТАК КАК 4600 и другие международные стандарты.

The FSM discretizes the section’s transversal shape into longitudinal strips [3]. This simplifies the traditional 3D analysis problem with 6 degrees of freedom to a problem with 4 степени свободы. The strips are analyzed for different lengths called half-wavelength.

Using the geometrical section properties, материал, the stresses, and the load condition, two global matrices are constructed, the elastic stiffness matrix (Ke) and the geometric stiffness matrix (Kg).

в заключение, this represents an eigenvalue decomposition problem, где собственные значения представляют коэффициенты нагрузки, а собственные векторы содержат деформированную форму.

Типы режима потери устойчивости

Классы потери устойчивости разделены на три основные группы., Глобальный, местный, и искажающие, в зависимости от типа неисправности.

Местное коробление: Потеря устойчивости, приводящая к значительному искажению поперечного сечения., но это искажение включает в себя только вращение, не перевод, по внутренним линиям сгиба [2].

Искажающее коробление: Потеря устойчивости, приводящая к значительному искажению поперечного сечения., но это искажение включает в себя вращение и перемещение одной или нескольких внутренних линий сгиба элемента. [2].

Глобальное выпучивание: Потеря устойчивости, не вызывающая искажения поперечного сечения, вместо перевода (прогиб) и/или вращение (кручение) всего сечения происходит [2].

Используя это определение, мы можем сделать вывод, что существует сильная геометрическая корреляция между классификацией потери устойчивости и деформированной формой., мы показываем деформированную для каждой точки сигнатурную кривую.

Факторы DSM

Метод конечной полосы в SkyCiv Раздел Builder

SkyCiv имеет калькулятор метода прямой прочности, встроенный в нашу систему. Программное обеспечение для анализа сечений (SkyCiv Раздел Строитель) который может автоматически рассчитать ключевые факторы DSM для любой индивидуальной формы из холодноштампованной стали.. Simply start from the Section Builder module by loading in a CFS section and clicking Дизайн -> Холоднокатаная сталь:

Отсюда, коэффициенты DSM будут рассчитаны автоматически, готово для просмотра и отправки пользователем:

Программное обеспечение построено на основе SkyCiv Раздел Builder., под дизайн – Холодная штамповка. Локальные и искаженные минимумы потери устойчивости будут обнаружены автоматически., однако пользователи могут переопределить эти значения. После отправки, эти факторы затем будут использованы при разработке SkyCiv AISI. (2016) и AS4600 (2018) интегрированные дизайнерские модули.

В модуле анализа упругой устойчивости SkyCiv, есть некоторые важные гипотезы и соображения, которые мы проясняем здесь. Мы рассмотрим их ниже:

Сетка элементов

Сетка элементов создается автоматически и ее можно просмотреть на правой диаграмме., филе разделить на 4 элементы, и прямая линия в 4 элементы тоже.

Длина анализа

Длины, используемые для выполнения анализа конечной полосы, по умолчанию определяются как логарифмическое пространство от 0 до 10^3 в имперской системе единиц и от 0 до 10^3,5 в метрической системе.

Условия нагрузки

Рассчитываем сигнатурную кривую для 5 различные условия нагрузки:

• Осевая нагрузка
• Изгибающий момент по оси X, положительный
• Изгибающий момент по оси X, отрицательный
• Изгибающий момент по оси Y, положительный
• Изгибающий момент по оси Y, отрицательный

Граничные условия

Анализ выполняется в предположении, что модель закреплена и может деформироваться на обоих концах..

Кривая подписи

Сигнатурная кривая строится с использованием традиционного метода конечной полосы., Fy нормализован (Вы можете заметить, что основное отличие заключается в соединении полок балки с опорной колонной. 1) поэтому коэффициенты нагрузки представлены в единицах давления (МПа или кси в зависимости от системы единиц).

Выбор коэффициента нагрузки

В общем-то, коэффициенты нагрузки представляют собой точки локального минимума на сигнатурной кривой., первый представляет собой критический коэффициент нагрузки для локального коробления, а второй представляет критический коэффициент нагрузки для деформационного коробления.. Определение глобального коэффициента нагрузки по сигнатурной кривой является сложной задачей, поскольку на сигнатурной кривой нет точки локального минимума.. Так, наиболее подходящим решением является использование локальных и деформационных коэффициентов потери устойчивости из анализа конечной полосы, а также глобального коэффициента потери устойчивости с использованием классических формул..

Мы используем алгоритм для поиска и классификации коэффициентов нагрузки на сигнатурной кривой.. тем не мение, это не гарантирует правильную классификацию во всех случаях, and this does not replace the engineering judgment, мы рекомендуем пользователю просмотреть значения и при необходимости изменить их перед отправкой.

 

Калькулятор SkyCiv FSM: Пошаговое руководство

Использование модуля FSM, вам необходимо получить доступ к конструктору разделов и выбрать раздел, который вы хотите проанализировать.. Для анализа раздел должен соответствовать следующим требованиям::

1. Секция должна быть холоднодеформированной. (вы можете установить его в «Процесс производства»).
2. Раздел должен представлять собой открытую фигуру из базы данных или шаблон фигур., канал, Канал с губами, Зи, Зи с губами, или шляпа.
3. Ширина должна быть одинаковой.

Для выполнения анализа нажмите «Проектировать»., «ФСМ (Холодная штамповка)».

Если текущий раздел содержит факторы DSM, сохраняются (так как многие из наших разделов базы данных), вам будет предложено переопределить предыдущие значения:

Вы увидите кривую подписи для условий нагрузки по умолчанию. (аксиальный), сетка сечения с соответствующим распределением напряжений, и справа таблица с коэффициентом DSM для всех условий нагрузки..

Для навигации между различными условиями нагрузки, вы можете использовать раскрывающийся список слева или использовать клавиши со стрелками влево и вправо.

Автоматически, программа рассчитает соответствующие точки на кривой. тем не мение, это не гарантирует правильную классификацию во всех случаях, и это не заменяет инженерную оценку, поэтому мы рекомендуем пользователю просмотреть значения и при необходимости изменить их, щелкнув кривую, чтобы удалить или добавить точку перед отправкой.. Пользователи также могут визуализировать деформированную форму, наведя курсор на кривую.; отклоненный (красный) форма будет отображаться с оригиналом (синий) форма:

После проверки всех значений, отправьте результаты, нажав на Представлять на рассмотрение:

Значения для этой формы будут сохранены и использованы в стандартах холодной штамповки элементов при проектировании элементов..

Ссылки

1. Североамериканские спецификации на проектирование стальных несущих элементов холодной штамповки, 2016 Версия, Американский институт чугуна и стали.
2. Метод прямой прочности (ДСМ) Руководство по проектированию, 2006, Комитет по спецификациям на проектирование холодногнутых стальных конструкций.
3. Анализ устойчивости холоднокатаных стальных элементов с использованием CUFSM: обычные методы и методы конечной полосы с ограничениями, Б.В.. Шафер и С.. Адани, 2006, 18Международная специализированная конференция по холоднодеформированным стальным конструкциям.