Îmbinare riglă-stâlp cu placă de capăt — analiză CalculiX

Îmbinare riglă–stâlp cu placă de capăt și șuruburi

Analiză cu element finit solid (CalculiX) — plăci, profile, suduri și șuruburi. Model parametric: placă de capăt de 20 mm, rigidizări teșite, 8 șuruburi, stâlp încastrat sus și jos.

Modelul

Îmbinare riglă–stâlp realizată cu placă de capăt de 20 mm sudată de grindă și prinsă cu 8 șuruburi de talpa stâlpului, cu rigidizări teșite pe grindă (gusee cu muchie dreaptă) și rigidizări de continuitate în stâlp, în dreptul tălpilor grinzii. Întreaga geometrie e modelată cu elemente finite solide (hexaedre C3D8I): sudurile ca legături *TIE, șuruburile ca arcuri axiale, contact cu frecare între placă și stâlp și comportarea elasto-plastică a oțelului. Stâlpul e încastrat sus și jos, așa că momentul din îmbinare îi solicită panoul.

🟦 Plăci (placă 20 mm, rigidizări grindă + stâlp) 🟫 Profile (grindă + stâlp) 🟨 Suduri (*TIE) 🔩 8 șuruburi (arc axial + contact) ↔ Contact cu frecare ⚙ Plasticitate (von Mises)

Deformată + tensiune von Mises la sarcina de exploatare (rotește cu mouse-ul)

Câmpul e afișat la o sarcină de exploatare (≈73% din capacitate): îmbinarea ține, rămâne aproape elastică (doar ~1% din material a curs, la concentrările din colțuri). Curba de mai jos arată tot răspunsul, până la capacitate. Scara de culoare e plafonată la f_y = 275 MPa (roșu = curgere).

Sumar rezultate

—

F capabil [kN] (la 5% def. plastică)

—

σ von Mises max [MPa]

—

deplasare max [mm]

—

deformație plastică max [%]

—

noduri (suprafață)

Curba forță–deplasare (CalculiX, solid FEA)

Forța (reacțiunea la vârful grinzii) în funcție de deplasarea impusă. Rombul roz = F capabil, citit la limita de 5% deformație plastică (convenția CBFEM / EN 1993-1-5 Anexa C) — capacitatea de proiectare. Porțiunea punctată de peste această limită este pushover-ul necreditat: analiza continuă, dar nu i se acordă capacitate, ca să rămână conservativ față de un test real (fără rupere de șurub/sudură în model).

Cum funcționează

Spre deosebire de metoda pe componente (CBFEM), aici modelăm îmbinarea brut, cu FEA solid: fiecare placă, profil și șurub e discretizat în hexaedre. Sudurile sunt legături rigide între fețe, șuruburile sunt corpuri solide cu secțiune de pretensionare (forța de strângere reală), iar contactul cu frecare permite plăcilor să se separe și să alunece. Oțelul curge după criteriul von Mises. Rezultatul nu necesită calibrare — e fizică directă.

Informații tool

Ce verifică acest calcul

Calculatorul analizează o îmbinare stâlp-grindă completă prin element finit solid (CalculiX) — plăci, profile, suduri și șuruburi modelate ca volume 3D. Spre deosebire de metodele pe componente (tronson T) sau de idealizarea plăcii (placă de capăt), aici întregul nod este mesh-at ca solid și încărcat până la cedare.

Modelul parametric

Nodul standard este generat parametric: placă de capăt de 20 mm, rigidizări teșite, 8 șuruburi, stâlp încastrat la ambele capete. Analiza neliniară crește încărcarea și urmărește plasticizarea materialului, dând capacitatea nodului la un criteriu de deformație plastică — nu doar un grad de utilizare elastic, ci comportarea până la cedare.

Avantajul analizei solide: surprinde efectele pe care metodele analitice le aproximează sau le ignoră — concentrările de tensiune la racordări, interacțiunea dintre plăci și rigidizări, curgerea progresivă a stâlpului.

Ce întoarce analiza

Distribuția de tensiuni pe tot nodul, vizualizată 3D
Capacitatea îmbinării la criteriul de deformație plastică ales
Zonele critice — unde apare curgerea și cum se propagă

Modelul parametric diferă intenționat de un specimen experimental anume, deci nu se suprapune peste o curbă de test unică; el reprezintă familia de noduri cu geometria dată.

Datele de intrare

Geometria nodului — dimensiunile plăcii, ale rigidizărilor, poziția șuruburilor.
Profilele stâlpului și grinzii.
Șuruburile — clasa, diametrul.
Încărcarea — momentul și forțele transmise de grindă.
Materialul — cu diagrama constitutivă neliniară.

Ipoteze și limitări

Analiză cu element finit solid neliniar; rezultatul depinde de finețea rețelei și de modelul de material.
Necesită agentul de calcul conectat (CalculiX rulează extern); fără el, analiza nu se poate rula.
Geometria este cea a modelului parametric; devieri mari de la ea cer o remodelare.
Verificarea normativă a componentelor (EN 1993-1-8) rămâne complementară — analiza solidă o susține, nu o înlocuiește formal.

Calcule înrudite

Tronson T — verificarea analitică pe componente (EN 1993-1-8)
Placă de capăt — idealizarea FEM a plăcii de capăt
Import din Tekla — aducerea geometriei reale a nodului din Tekla
Încovoiere cu compresiune — verificarea barelor care intră în nod