Uygulanan eleman yöntemi - Applied element method

uygulanan eleman yöntemi (AEM) tahmin etmede kullanılan sayısal bir analizdir süreklilik ve ayrık yapıların davranışı. AEM'deki modelleme yöntemi, ayrık çatlama kavramını benimser ve otomatik olarak takip etmesini sağlar. yapısal çöküş yüklemenin tüm aşamalarından geçen davranış: elastik, çatlak başlatma ve yayılma gerilimi zayıf malzemelerde, takviye Yol ver, eleman ayrımı, eleman teması ve çarpışma zemin ve bitişik yapılarla çarpışmanın yanı sıra.

Tarih

Uygulamalı eleman yönteminde kullanılan yaklaşımın keşfi, 1995 yılında, Tokyo Üniversitesi Dr. Hatem Tağel-Din'in araştırma çalışmalarının bir parçası olarak. Bununla birlikte, "uygulamalı eleman yöntemi" terimi ilk olarak 2000 yılında "Yapısal analiz için uygulamalı eleman yöntemi: Doğrusal malzemeler için teori ve uygulama" adlı bir makalede ortaya atılmıştır.[1] O zamandan beri AEM, bir dizi araştırma konusu akademik enstitüler ve gerçek dünya uygulamalarındaki itici faktör. Araştırma aşağıdakiler için doğruluğunu doğruladı: elastik analiz;[1] çatlak başlatma ve yayılma; tahmini arıza yükleri betonarme yapılarda;[2] betonarme döngüsel yükleme altındaki yapılar;[3] burkulma ve burkulma sonrası davranış;[4] şiddetli depreme maruz kalan yapıların doğrusal olmayan dinamik analizi;[5] fay kırılma yayılımı;[6] tuğla yapıların doğrusal olmayan davranışı;[7] ve analizi cam takviyeli polimerler (GFRP) duvarları patlama yükleri altında.[8]

Teknik tartışma

AEM'de yapı sanal olarak bölünmüş ve nispeten küçük elemanların bir araya getirilmesi olarak modellenmiştir. Elemanlar daha sonra, eleman yüzleri boyunca dağıtılan temas noktalarında bulunan bir dizi normal ve kesme yayı aracılığıyla bağlanır. Normal ve makaslama yayları transferden sorumludur. normal ve makaslama bir öğeden diğerine vurgu yapar.

Element üretimi ve formülasyonu

AEM'deki nesnelerin modellenmesi, nesnelerin modellenmesine çok benzer. FEM. Her nesne, birbirine bağlı ve bir ağ oluşturan bir dizi öğeye bölünmüştür. Bununla birlikte, AEM ve FEM arasındaki temel fark, öğelerin nasıl birleştirildiğidir. AEM'de elemanlar bir dizi doğrusal olmayan malzeme davranışını temsil eden yaylar.

AEM'de kullanılan üç tür yay vardır:

  • Matrix Yayları: Matris yayları iki elemanı birbirine bağlayarak ana malzeme özellikleri nesnenin.
  • Takviye Çubuğu Yayları: Takviye yayları, analize ek elemanlar eklemeden nesnenin içinden geçen ilave takviye çubuklarını dolaylı olarak temsil etmek için kullanılır.
  • İletişim Yayları: Temas Yayları, iki eleman birbiriyle veya zeminle çarpıştığında üretilir. Bu meydana geldiğinde üç yay üretilir (Shear Y, Shear X ve Normal).

Otomatik eleman ayırma

Eleman yüzündeki ortalama gerinim değeri ayırma gerilimine ulaştığında, bu yüzdeki tüm yaylar kaldırılır ve elemanlar artık bir çarpışma meydana gelene kadar bağlanmazlar, bu noktada sert gövdeler halinde çarpışırlar.

Ayırma gerilmesi, bitişik elemanların bağlantı yüzeyinde tamamen ayrıldığı gerilimi temsil eder. Bu parametre elastik malzeme modelinde mevcut değildir. Beton için, takviye çubuğu yayları dahil bitişik yüzler arasındaki tüm yaylar kesilir. Elemanlar tekrar karşılaşırsa, şimdi birbirleriyle temas etmiş iki farklı katı cisim gibi davranacaklardır. Çelik için, gerilme noktası ulaşırsa çubuklar kesilir nihai stres veya beton ulaşırsa ayırma suşu.

Otomatik eleman teması / çarpışma

Herhangi bir kullanıcı müdahalesi olmadan temas veya çarpışma tespit edilir. Öğeler diğer unsurları ayırabilir, daralabilir ve / veya bunlarla temas kurabilir. AEM'de üç temas yöntemi arasında Köşeden Yüze, Kenardan Kenara ve Köşeden Yere bulunur.

Sertlik matrisi

2B modeldeki yay sertliği aşağıdaki denklemlerden hesaplanabilir:

Nerede d yaylar arasındaki mesafedir T elementin kalınlığı, a temsili alanın uzunluğu, E ... Gencin modülü, ve G ... kayma modülü malzemenin. Yukarıdaki denklem, her yayın bir alanın sertliğini temsil ettiğini gösterir (T·d) çalışılan materyalin uzunluğu dahilinde.

Betona gömülü donatı çubuklarını modellemek için, elemanın içine çubuğun bulunduğu yere bir yay yerleştirilir; alan (T·d), takviye çubuğunun gerçek kesit alanı ile değiştirilir. Gömülü modellemeye benzer çelik profiller, alan (T·d), yay tarafından temsil edilen çelik bölüm alanı ile değiştirilebilir.

Eleman hareketi bir sağlam vücut, iç deformasyonlar her bir elemanın etrafındaki yay deformasyonu ile temsil edilir. Bu, analiz sırasında eleman şeklinin değişmediği, ancak elemanların montaj davranışının deforme olduğu anlamına gelir. İki elemanın yalnızca bir çift normal ve kesme yayı ile bağlandığı varsayılır. Genel bir sertlik matrisine sahip olmak için, eleman ve temas yaylarının yerleri genel bir konumda varsayılır. Her birine karşılık gelen sertlik matrisi bileşenleri özgürlük derecesi bir birim varsayarak belirlenir yer değiştirme çalışılan yönde ve güçleri belirleyerek centroid her elemanın. 2D eleman sertlik matrisi boyutu 6 × 6'dır; sol üst çeyreğin bileşenleri sertlik matrisi aşağıda gösterilmiştir:

Sertlik matrisi, temas yayı sertliğine ve yayın konumuna bağlıdır. Sertlik matrisi yalnızca bir çift temas yayı içindir. Bununla birlikte, küresel sertlik matrisi, her bir elemanın etrafındaki bireysel yay çiftlerinin sertlik matrislerinin toplanmasıyla belirlenir. Sonuç olarak, geliştirilen rijitlik matrisi, eleman etrafındaki gerilme durumuna göre tüm yay çiftlerinden toplam etkiye sahiptir. Bu teknik her ikisinde de kullanılabilir yük ve yer değiştirme kontrol durumları. 3D sertlik matrisi benzer şekilde çıkarılabilir.

Başvurular

Uygulanan eleman yöntemi şu anda aşağıdaki uygulamalarda kullanılmaktadır:

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b Meguro, K .; Tagel-Din, H. (2000). "Yapısal analiz için uygulamalı eleman yöntemi: Doğrusal malzemeler için teori ve uygulama". Yapı mühendisliği / deprem mühendisliği. Japonya: Japonya İnşaat Mühendisleri Derneği (JSCE). 17 (1): 21–35. F0028A. Arşivlenen orijinal 2012-02-29 tarihinde. Alındı 2009-08-10.
  2. ^ Tagel-Din, H .; Meguro, K (2000). "Doğrusal Olmayan Malzemelerin Simülasyonu için Uygulamalı Eleman Yöntemi: RC Yapılar için Teori ve Uygulama". Yapı mühendisliği / deprem mühendisliği. Japonya: Japonya İnşaat Mühendisleri Derneği (JSCE). 17 (2): 137–148. Alındı 2009-08-10.
  3. ^ Tagel-Din, H .; Meguro, Kimiro (Kasım 2001). "Döngüsel Yükleme Altında Betonarme Yapıların Uygulamalı Eleman Simülasyonu". Yapısal Mühendislik Dergisi. Japonya: ASCE. 127 (11): 137–148. doi:10.1061 / (ASCE) 0733-9445 (2001) 127: 11 (1295). ISSN  0733-9445. Alındı 2009-08-10.
  4. ^ Tagel-Din, H .; Meguro, K (2002). "Büyük Yer Değiştirme Yapısı Analizi için Kullanılan AEM" (PDF). Doğal Afet Bilimi Dergisi. Japonya. 24 (1): 25–34. Alındı 2009-08-10.[kalıcı ölü bağlantı ]
  5. ^ Tagel-Din, Hatem; Kimiro Meguro, K (30 Ocak - 4 Şubat 2000). Uygulamalı Eleman Yöntemi Kullanılarak Sarsma Tablosu Testlerine Uygulanan Küçük Ölçekli Betonarme Binanın Analizi. Yeni Zelanda: 12. Dünya Deprem Mühendisliği Konferansı Bildirileri. s. 25–34.
  6. ^ HATEM, Tagel-Din; Kimiro MEGURO, K (1-6 Ağustos 2004). Uygulamalı Eleman Yöntemi Kullanılarak Zemin Yüzey Deformasyonunun İncelenmesi için Dip-Slip Hatalarının Dinamik Modellenmesi. Vancouver, Kanada: 13. Dünya Deprem Mühendisliği Konferansı Bildirileri.
  7. ^ Mayorka, Paola; Kimiro Meguro, K (Ekim 2003). "Uygulamalı Eleman Yöntemini Kullanarak Yığma Yapıları Modelleme". Seisan Kenkyu. Japonya: Endüstri Bilimleri Enstitüsü, Tokyo Üniversitesi. 55 (6): 123–126. ISSN  1881-2058. Alındı 2009-08-10.
  8. ^ Mayorka, Paola; Kimiro Meguro, K (2005). Tenza Viyadüğü'nde Patlatma Test ve Araştırma Köprüsü. Japonya: Missouri-Rolla Üniversitesi, TSWG Sözleşme Numarası N4175-05-R-4828, Görev 1 Nihai Raporu.

daha fazla okuma