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

Посмотрите нашу учебник по расчету факторов метода прямой силы

 

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) это полагается на расчет эффективных свойств раздела для учета локального изгиба, DSM напрямую вычисляет прочность участника, используя свой полный, Неокруженные поперечные свойства.

Плюсы и минусы метода прямой силы

Pros	Cons
Упрощает процесс проектирования: Уменьшает сложность путем устранения эффективных расчетов ширины.	Кривая обучения: Требует, чтобы инженеры знакомы с новыми понятиями и формулировками.
Повышенная точность: Непосредственно учитывает различные режимы изгиба для точных прогнозов прочности.	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 также приоритет в качестве будущего метода, преподаваясь в университетах и ​​становясь более распространенным методом, преподаваемым на курсах дизайна с холодным формированием.. Мы также видим увеличение его поддержки благодаря структурному анализу и проектированию программных пакетов, которые интегрируют DSM в свои модули дизайна.

тем не мение, Есть все еще некоторые препятствия и проблемы в DSM широко распространены, Поскольку это относительно новый/безвременный метод. Переход от традиционных методов требует обучения и адаптации, которые некоторые практикующие специалисты могут неохотно выполнять.

Традиционный метод конечной полосы

FSM был создан как упрощение FEM., оба метода имеют одинаковую теоретическую основу, и FSM также является матричным методом. Определяя узлы и элементы секции, можно проанализировать любую сложную форму. 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.

FSM дискретизирует поперечную форму секции в продольные полоски [3]. Это упрощает традиционную проблему 3D -анализа с 6 степени свободы к проблеме с 4 степени свободы. Полоски анализируются на разные длины, называемые полуотех.

Использование свойств геометрического сечения, материал, стрессы, и условие нагрузки, Построены две глобальные матрицы, матрица упругой жесткости (Ke) и матрица геометрической жесткости (Кг).

в заключение, Это представляет собой проблему разложения собственного значения, 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.. Просто начните с модуля строителя разделов, загрузив в раздел CFS и нажав 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, и это не заменит инженерное суждение, 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.