5. Моделирование нелинейной задачи
Исходные данные: пролет – 6 м, этаж – 3 м, длина КЭ – 0.6 м, сечение – 0.4х0.4 м, вертикальная нагрузка – 60 кН/м2, горизонтальная узловая нагрузка – 60 кН.
Сначала создаем линейную модель.
Результаты расчета НДС линейной модели применим в дальнейшем для анализа влияния физической нелинейности на НДС нелинейной системы.
Порядок создания нелинейной модели:
1. Смена типа конечного элемента: редактирование / смена типа конечного элемента / тип 210 / применить к выбранным элементам. Если ранее в линейной модели элемента была присвоена жесткость, то программа предупредит, эта жесткость не соответствует элементам нового типа и отменит ранее назначенные жесткости при подтверждении.
2. Создание жесткостей с учетом нелинейности:
Жесткости / Жесткости и материалы / добавить / Задать параметры новой жесткости и добавить ее в список /
Учет нелинейности / Параметры материала / Основной материал / закон деформирования 15 / задать параметры закона деформирования /
/ Учитывать армирующий материал / Армирующий материал / 14 – кусочно-линейный закон деформирования / задать параметры диаграммы арматуры / подтвердить.
Нелинейные загружения формируются из линейных. Нелинейность загружения заключается в приложении нагрузки не сразу, а последовательно – шагами на каждом загружении и последовательно загружениями истории. Разные истории рассматриваются отдельно и помледовательностью не являются. Шаг загружения это определенная часть
Последовательность формирования нелинейных загружений:
Нагрузки / формирование нелинейных загружений / добавить историю / добавить загружение / задать параметры загружения (шаги нагрузки, суммарный коэффициент) / задать параметры вывода результатов / … повторить для остальных загружений истории.
6. Расчет и анализ результатов
При одинаковой нагрузке горизонтальное перемещение верха нелинейной модели в 10 раз больше, чем линейной; прогиб в 6 раз больше. Изгибающий момент на опоре уменьшается на 15…60%, а в пролете возрастает 15…25%. Следовательно, происходит увеличение деформаций и перераспределение усилий в результате достижения текучести в арматуре. Горизонтальная деформация возрастает вдвое больше, чем прогиб.
Останвка расчета произошла после последнего шага нагрузки. Следовательно глобальное раз-рушение модели не достигнуто. Увеличим горизонтальную нагрузку на 30% введя суммарный коэффициент к загружению 2 – 1.3 и повторим расчет.
Перед разрушением горизонтальные и вертикальные перемещения увеличиваются в 7…8 раз по сравнению с предыдущими, что свидетельствует о снижении модуля деформации бетона и арматуры многих элементов. Изгибающие моменты изменяются по разному. На опорах, где образовались пластические шарниры моменты почти не изменяются (174 – 175). В пролете, где предел текучести в арматуре не достигнут изменяются более существенно (119 – 119). Но в верхнем ригеле произошло перераспределение с опоры в пролет (155 – 202). Рассматривая эпюры моментов в нелинейной модели можно выделить более опасные участки системы.
Далее рассмотрим процесс трещинообразования и накопления локальных разрушений в процессе нагружения.
На рисунке представлено конечное состояние модели на последнем шаге второго загружения. Видим диаграму обобщенной деформации, зоны разрушений и характеристику локальных разрушений. Полное разрушение модели на последнем шаге нагрузки не достигнуто. Однако, судя по диаграме деформации (ветвь близкая к горизонтали) оно близко.Введем коэффициент к нагрузке второго локального загружения 1.3 и повторим расчет.
Нелинейные расчеты сопровождаются выводом на экран графика, отображающего работу схемы по шагам.
Для физически нелинейных задач приводится цветовая информация, отображающая на схеме достижение предельных состояний:
– красный и его оттенки – разрушение элементов при растяжении;
– синий и его оттенки – разрушение элементов при сжатии;
– желтый и его оттенки – разрушение по предельному моменту (пластический шарнир) и/или по продольной силе;
– зеленый и его оттенки – превышение предела прочности на сдвиг в элементах грунта;
– коричневый – элементы односторонних связей, исключенные из работы.
Операция: Информация об элементе / трещины позволяет более подробно рассмотреть напряженное состояние сечения элемента.
