Az AXISVM keretein belül a végeselemes modellezés hatékonyabbá tételére rendelkezésre állnak bizonyos eszközök, anélkül, hogy ezen módosítások a modellezési pontosság kárára történnének. Egy ilyen kézenfekvő lehetőség a diafragma, mely jelen cikk keretei között kerül bemutatásra.
A diafragma #
A diafragmák olyan helyettesítő elemek, melyik saját síkjukban végtelenül merevek, tehát merevtestszerű viselkedést mutatnak. Az elemi csomópontok egymáshoz képesti helyzete ezáltal rögzített. Ez a lehetőség alkalmas olyan lemezek helyettesítésére, ahol a lemezek elmozdulásai figyelmen kívül hagyhatók a rezgésszámításban.
A következő ábra az első rezgési alakot mutatja, bal oldalt diafragmával modellezve a lemezt, jobb oldalt pedig tartománnyal.
Diafragma tulajdonságok #
A diafragmák a következő tulajdonságokkal rendelkeznek:
- A diafragma kontúrja a működési síkjában deformálatlan marad.
- A diafragma csomópontjainak vízszintes vetülete mindig állandó helyzetű marad a kontúrvonalhoz képest.
- A diafragma működési síkjára merőleges tengely körüli elfordulás értéke a diafragma minden csomópontjában azonos.
- A diafragma pontjai képesek függőlegesen kitérni a működési síkjukból, és a működési síkba eső irányok körül elfordulhatnak különböző mértékben. Tehát összességében három szabadságfokot köt meg a diafragma.
- A normál- és nyíróerők átadódnak a diafragmán keresztül.
- A hajlító- és csavarónyomatékok nem adódnak át, ennek következményeképp a diafragmák nem alkalmasak arra, hogy a lemezek egyéb szerkezeti elemekkel való kölcsönhatását figyelembe vegyék, vagy biztosítsák a szerkezeti folytonosságot. Ez a tulajdonság mellőzhető, ha egy meglévő tartomány kontúrján definiálunk diafragmát, nem pusztán magát a diafragmát definiáljuk.
- A diafragmák csökkentik az egyenletrendszer méretét, következésképpen a számítási időt is.
- A diafragmák szintén csökkentik a tömegek szabadságfokainak számát (a modális alakok maximális számát).
A tapasztalat azt mutatja, hogy a diafragmák – a korábbiakból kifolyólag – leginkább vázas építmények esetén képesek csökkenteni a szükséges számítási időt (túlnyomóan pillérekből, esetleg kis számú falakból felépülő modellek esetén). Egyéb szerkezetek esetén a diafragmák kevésbé használatosak. Meggondolatlan alkalmazásuk esetén akár a számítási idő növekedését is eredményezhetik.
Diafragmák definiálása #
A diafragmák definiálhatók közvetlenül, annak körvonalának megadása segítségével (következő kép jobb oldala szerint) a Diafragma gomb segítségével (Elemek fül), vagy már definiált tartományok átalakításával (következő kép bal oldala szerint).
Meg kell jegyezni, hogy a közvetlenül definiált diafragmák nem tartományként szerepelnek a modellben, hanem ezeket tulajdonképpen helyettesítik. Azonban ez utóbbi esetben – mivel ezek nem szerkezeti elemek – ügyelni kell arra, hogy a magában, közvetlenül definiált diafragma a definiált tartománnyal szemben az alábbi hiányosságokkal fog bírni:
- Nem lehetséges igénybevételek felvétele és átadása csatlakozó szerkezeti elemekre (pl. alulborda, oszlopok, minden olyan elem, amely nem csatlakozik egyéb megtámasztott elemhez).
- Nem lehetséges tartományokra definiálható terhek megadása a “tiszta” diafragmán (kivéve teherpanel közbeiktatásával).
- Változhatnak a szerkezet elmozdulásai, hiszen nem jelentkezik a födém “befogó” hatása az oszlopvégen.
Ezen tulajdonságok miatt a diafragmára gyakorlatilag úgy tekinthetünk, mint korlátozott szabadságfokú csomópont-láncolatok. Éppen ezért fontos, hogy a valósághű eredmények érdekében ezeket mindig rendszerben kell modellezni.
A diafragmák rendszerének kialakítása tehát egy jelentékeny modellezési kérdés. A következő ábrán tisztán látható, hogy az egyes szintek rezgési viselkedése nem azonos (a merevítő mag az épület többi részétől különálló módon rezeg).
A következő képen azonban diafragmák kapcsolt rendszere figyelhető meg. Belátható, hogy ez a viselkedés következetes, és így a teljes épületszerkezet képes egyformán rezegni.
Ennélfogva az alábbi megfontolások figyelembe veendők egy diafragmákat tartalmazó modell készítésekor:
- A diafragmáknak csatlakozó rendszert kell alkotniuk.
- A korábbiakban említettekkel összhangban, csak diafragmát definiálva, önálló megtámasztás nélküli szerkezeti elemekkel történő kapcsolódás nem lehetséges.
- Szintén a korábbiakkal összhangban, nem lehetséges terhet definiálni diafragmára.
- Nem lehetséges csuklós kapcsolat előírása diafragmákhoz történő csatlakozás esetén.
Rezgésvizsgálat #
Rezgésvizsgálat során a közönséges, tartományként definiált födémek a számítás idejére diafragmává konvertálhatók az alábbi gomb aktiválásával a vizsgálat indítása előtt.
Ezen automatikus konverzió alkalmával a lemezen működő terhek (amennyiben ezek tömeggé alakítása kerül kiválasztásra a beállításokban) a diafragmák szélére kerülnek. Ezen beállítás alkalmazása esetén az alábbi feltevések érvényesek:
- Csak vízszintes tartományok alakulnak diafragmává.
- A konvertált tartományok terhei újraosztódnak a szomszédos elemek szélein.
- Közvetlen megtámasztással (definiált támasszal) ellátott tartományok nem konvertálódnak.
Kijelölési lehetőségek definiált tartomány esetén #
Nem mindegy továbbá az sem, hogyha egy már definiált tartományból lesz diafragma, akkor milyen módon lesz átalakítva diafragmává. Az alábbi két lehetőség közti különbség kerül összehasonlításra a továbbiakban:
- A tartományra generált végeselem hálót egyszerre jelöljük ki a tartomány kontúrjával és ily módon kerül definiálásra a diafragma:
- A tartomány kontúrját kijelölve definiálunk egy diafragmát:
Alapvetően a különbség a lokális hatásokban nyilvánul meg a tartományon. Minél kisebb a lemezmerevség, annál inkább meg tud mutatkozni pl. egy a tartomány belsejében működő koncentrált erő hatására jelentkező különbség. Ez a következő ábrákon is megmutatkozik (az eltérések adott esetben arányaiban jelentősek is lehetnek):
Az előbb bemutatott két tartomány látható, felülnézetből. Mindkét esetben a tartomány közepét terheli egy vízszintes irányú (a diafragma síkjába eső) koncentrált erő. Az erő irányába esők elmozdulások ábrája alább következik:
Bár az eltérés számszerűen kicsiny, ennek oka a nagy lemezmerevség. Mégis, jól látható, hogy nem mindegy, milyen módon definiált egy tartományon működő diafragma.
Forrás http://www.ingware.com
