CBFEM – cách thức hoạt động, tuân thủ tiêu chuẩn, tính hợp lệ và chứng nhận
Phương pháp số dựa trên mô hình phần tử hữu hạn – Component Based Finite Element Method (CBFEM) là sự kết hợp giữa phương pháp số và phân tích phần tử hữu hạn. Bạn đang thắc mắc phương pháp này hoạt động như thế nào? Phương pháp này có tuân theo tiêu chuẩn? Sự khác biệt giữa CBFEM và phương pháp số là gì và bạn sẽ nhận được kết quả thế nào? Hãy đọc bài viết sau và tìm hiểu nhé!
CBFEM là phương pháp độc đáo cho thiết kế và kiểm tra theo tiêu chuẩn liên kết thép, phần tử và neo. Nó có thể sử dụng cho hầu hết các liên kết, neo và chi tiết với nhiều cấu trúc liên kết khác nhau.
Phương pháp số dựa trên mô hình phần tử hữu hạn hay phương pháp (CBFEM) là:
- Tổng quan để có thể sử dụng cho hầu hết các liên kết, móng và các chi tiết trong các tác vụ kĩ thuật.
- Đơn giản và nhanh chóng trong các tác vụ hằng ngày, cung cấp kết quả trong thời gian tương đương với các phương pháp và công cụ hiện tại.
- Toàn diện để cung cấp cho các kĩ sư kết cấu thông tin rõ ràng về ứng xử của các liên kết, ứng suất, biến dạng của từng phần tử và về độ an toàn và độ tin cậy tổng thể.
Kiểm tra liên kết theo phương pháp dựa trên phần tử tiêu chuẩn và trong CBFEM được sử dụng trong IDEA StatiCa Connection dựa trên việc kiểm tra tất cả các phần tử của liên kết. Các phần tử có thể là bu lông, neo, đường hàn và bê tông trong phần móng.
[Components can be bolts, anchors, welds, plates, and concrete at the footing.]
CBFEM phân tách toàn bộ liên kết thành các phần tử tách biệt như được đề cập phía trên. Sau đó mô hình phân tích được phần mềm tạo tự động từ mỗi phần tử.
Bản thân quá trình bao gồm hai bước:
- Lực trong mỗi phần tử của liên kết được tính toán
- Mỗi thành phần được kiểm tra bằng các phương trình trong tiêu chuẩn
Tính toán lực
CBFEM được triển khai trong IDEA StatiCa Connection giúp ứng xử của từng phần tử trở nên đơn giản hơn. Bằng cách nào?
Mô hình bao gồm các thành phần chịu tải và các tác vụ liên kết* (*manufacturing operations) (bao gồm cả các phần gia cường) dùng để kết nối các phần tử với nhau.
Mô hình phân tích FEM (Finite Element Method) được tạo tự động. Kĩ sư không cần tạo mô hình FEM, cái họ cần là tạo các liên kết bằng các tác vụ liên kết.
Nhờ đó, lực được tính toán mà không cần đơn giản hóa các giả định. Và các hiệu ứng khác, như tương tác giữa các phần tử, v.v., cũng được kể đến.
Thêm vào đó, do xem xét độ cứng thực tế của từng phần tử, nên kết quả bao gồm cả hiệu ứng đòn bẩy (prying action). Không có hiệu ứng nào bị bỏ qua.
Kiểm tra và đánh giá kết quả
Phân tích độ bên là phân tích quan trọng nhất của liên kết. Kiểm tra biến dạng của tấm cùng với kiểm tra theo tiêu chuẩn của từng phần tử được thực hiện bằng phân tích đàn hồi – dẻo.
Vật liệu trong phan tích liên kết mang tính chất phi tuyến tính. Tải được gia tăng dần cùng với các trạng thái ứng suất được chỉ ra.
Kiểm tra tấm
Tấm được mô hình với vật liệu đàn hồi dẻo với đường cong chảy dẻo danh định theo tiêu chuẩn EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan-1 (E/1000).
Ứng xử của vật liệu dựa trên tiêu chí chảy dẻo von Mises. Nó được giả định là đàn hồi trước khi đạt giới hạn chảy thiết kế fyd.
Tiêu chí cho trạng thái giới hạn cực hạn của các vùng không nhạy cảm dẫn đến biến dạng uốn (buckling) là đạt đến giá trị giới hạn của biến dạng màng chính. Giá trị khuyến nghị là 5% (e.g. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Note 1).
Các phần cụ thể của Lý thuyết nền cho từng tiêu chuẩn quốc gia được hỗ trợ:
- Code-check of plates according to EN (Eurocode)
- Code-check of plates according to AISC (American standard)
- Code-check of plates according to CISC (Canadian standard)
- Code-check of plates according to AS (Australian standard)
- Code-check of plates according to IS (Indian standard)
- Code-check of plates according to GB (Chinese standard)
- Code-check of plates according to HKG (Hong Kong Code of Practice)
- Code-check of plates according to SP (Russian standard)
Kiểm tra các cấu kiện khác
Các kiểm tra được thực hiện cho phần tính toán lực bằng cùng các phương trình trong tiêu chuẩn cho tất cả các phương pháp. Các phương trình được sử dụng cho bu lông, neo, đường hàn, và khối bê tông được hiển thị trong ứng dụng và có thể được xem lại.
Kiểm tra bu lông
Bu lông trong IDEA StatiCa Connection được kiểm tra theo các tiêu chuẩn tương ứng. Để biết thêm thông tin, vui lòng đọc bài viết Bolts and bolted connections.
Kiểm tra đường hàn
Cũng như vậy với đường hàn, việc kiểm tra được thực hiện theo tiêu chuẩn tương ứng.
Để biết thêm chi tiết về kiểm tra đường hàn trong ứng dụng Connection, xin vui lòng đọc bài viết Weld/Welds in IDEA StatiCa.
Kiểm tra khối bê tông
Nguyên tắc tính toán cho khối bê tông được giải thích trong bài viết Structural model of a concrete block.
Các phần cụ thể của Lý thuyết nền cho từng tiêu chuẩn quốc gia được hỗ trợ:
- Code-check of a concrete block according to EN (Eurocode)
- Code-check of a concrete block according to AISC (American standard)
- Code-check of a concrete block according to CISC (Canadian standard)
- Code-check of a concrete block according to AS (Australian standard)
- Code-check of a concrete block according to IS (Indian standard)
- Code-check of a concrete block according to GB (Chinese standard)
- Code-check of a concrete block according to HKG (Hong Kong Code of Practice)
- Code-check of a concrete block according to SP (Russian standard)
CBFEM tuân theo tiêu chuẩn và ứng xử thực tế như thế nào trong cùng một lúc?
Thiết kế theo hướng FEA (CBFEM) được tối ưu hóa nhằm cung cấp kết quả theo tiêu chuẩn trong khi vẫn bao gồm được ứng xử thực tế của kết cấu. Đồng thời, nó cũng xem xét biên độ an toàn do tiêu chuẩn quy định.
Hãy xem video và tìm cho mình câu trả lời.
Các tính năng chính của phân tích CBFEM
Có bao giờ bạn nghe đến các từ viết tắt MNA hoặc GMNA được hiển thị trong phần mềm nhưng không chắc chúng có nghĩa gì? Các thông số của phân tích, tính phi tuyến của vật liệu hoặc hình học. CBFEM khuyến nghị và thực hiện những gì?
Hãy xem vidoe sau và tìm hiểu về các phương án tiếp cận.
Tính hợp lệ và chứng nhận
Ban đầu, hai nhóm trường đại học đã dành hơn ba năm để xác minh và xác nhận phương pháp CBFEM.
Theo thời gian, nhiều nghiên cứu xác minh mới đã được tiến hành với sự hợp tác của các trường đại học trên khắp thế giới (Hoa Kỳ, Hà Lan, Đức, Thụy Sĩ, Nam Mỹ, v.v.).
Vậy xác nhận (validation) và xác minh (verification) chính xác nghĩa là gì? Xác nhận và xác minh là quá trình công nhận kết quả phần mềm là chính xác.
Tính hợp lệ (Verification) là sự so sánh với phương pháp phân tích, thường được đưa vào trong tiêu chuẩn xây dựng (ví dụ: AISC, EN, v.v.).
Các phương pháp phân tích trong tiêu chuẩn được lược bớt do đơn giản hóa và kết quả giữa tiêu chuẩn và CBFEM đối với các liên kết phức tạp có thể khác nhau, đặc biệt ở các giới hạn của phạm vi hiệu dụng. Trong trường hợp này, việc so sánh CBFEM với một mô hình tiên tiến được xác thực bằng các thí nghiệm chứng minh rằng CBFEM an toàn ngay cả khi sức kháng cao hơn do tiêu chuẩn xác định.
Chứng nhận (Validation) là sự so sánh giữa mô hình số với thí nghiệm.
Mô hình số thường rất tiên tiến, bao gồm cả tính phi tuyến của vật liệu và hình học. Hình học và thông số vật liệu giống như những thông số trong thí nghiệm. Khi kết quả – thường là chuyển vị – đường ứng suất biến dạng – của mô hình số gần với kết quả của thí nghiệm, mô hình số sẽ được công nhận. Sau đó, các đặc tính vật liệu của mô hình số sẽ được thay đổi thành giá trị danh định, các khuyết tật sẽ được tăng lên theo dung sai sản xuất và một số nghiên cứu về độ nhạy cảm, các nghiên cứu này có thể được thực hiện bằng cách thay đổi các thông số, ví dụ như độ dày của tấm, giới hạn chảy của vật liệu.
Cuối cùng, kết quả của mô hình số sẽ được so sánh với kết quả của CBFEM. Các kết quả không cần phải trùng khớp hoàn toàn, nhưng kết quả phải an toàn và sự khác biệt nằm trong phạm vi chấp nhận được.
Các ví dụ quan trọng về tính hợp lệ và chứng nhận được công bố trong cuốn sách “Component-based finite element design of steel connections.”
Trong phần Support Center, bạn có thể tìm thấy nhiều nghiên cứu xác minh cũng như so sánh với các thí nghiệm trong phòng lab.
Add Your Heading Text Here
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.