Toekennen van orthotroop gedrag

19 augustus 2019

Tips & Tricks SCIA Engineer

In de dagelijkse praktijk is er veelvuldig sprake van situaties waarbij de te ontwerpen plaat (of wand) verschillende kenmerken (stijfheid) heeft in de langs- en dwarsrichting. Het vertoont dus een verschillend gedrag in deze twee richtingen. Een dergelijk gedrag kan het gevolg zijn van de geometrie (bijvoorbeeld platen met ribben) of van de fysieke aannames voor een specifieke situatie. Dit laatste kan het geval zijn bij het bepalen van vervormingen in een gescheurde plaat of wanneer verticale elementen worden uitgesloten van een horizontaal verstijvingssysteem (bijvoorbeeld metselwerkwanden).

Door Jannes Van Cauwenberghe

Afbeelding 1: Orthotropie in de eigenschappen van een 2D-element.

In SCIA Engineer maakt een ontwerper gebruik van de orthotrope eigenschappen bij het aanpassen van het eindige-elementenmodel om een dergelijk gedrag weer te geven. Deze orthotrope eigenschappen zijn op twee manieren te definiëren: met orthotropie in de eigenschappen van een 2D-element, zie afbeelding 1, of met property modifiers, zie afbeelding 2. 

Afbeelding 2: Property modifiers.

Het verschil zit in de gegevens die de gebruiker invoert. In de orthotropie worden de stijfheden direct gedefinieerd, terwijl in de property modifiers een factor wordt gespecifieerd waarmee de isotrope stijfheden zijn vermenigvuldigd.

Property modifiers
Werken met property modifiers is iets flexibeler, omdat dit niet direct afhankelijk is van de eigenschappen van het gewijzigde onderdeel. Wie een uniaxiale uitgerekte plaat wil invoeren, kan dat doen voor een 20 centimeter en 30 centimeter dikke plaat, gebruikmakend van dezelfde waarden. De orthotrope eigenschappen vereisen dat de gebruiker afzonderlijk voor elke plaat (dus zowel 20 als 30 centimeter) de eigenschappen definieert. De orthotropie heeft echter ook bepaalde voordelen. De gebruiker kan werken met parameters en het programma bevat een reeks generators die helpen bij de invoer.

Afbeelding 3: Parameters voor een schaalelement.

Stijfheden
Het is belangrijk om individuele orthotrope parameters te bespreken en te begrijpen. De stijfheden zijn gedefinieerd met parameters die beginnen met een ‘D’ of ‘d’. De property modifiers vragen om de volgende parameters voor een schaalelement, zie afbeelding 3. 

Afbeelding 4: Voorbeelden van plaatstijfheden, D11-D55, en membraanstijfheden, d11-d33. 

De parameters die met ‘D’ beginnen, vertegenwoordigen plaatstijfheden. De parameters die met ‘d’ beginnen, zijn membraanstijfheden. De richting is afgeleid van de richting van het lokale coördinatensysteem, zie afbeelding 4.

  • D11: Buigstijfheid in de ‘x’-richting (buigen)
  • D22: Buigstijfheid in de ‘y’-richting
  • D12: Gemengde stijfheid van D11 en D22 (transversale contractie)
  • D33: Torsiestijfheid
  • D44: Afschuif buigstijfheid in de ‘x’-richting
  • D55: Afschuif buigstijfheid in de ‘y’-richting
  • d11: Normale membraanstijfheid in de ‘x’-richting (uitrekken)
  • d22: Normale membraanstijfheid in de ‘y’-richting
  • d12: Gemengde stijfheid van ‘d11’ en ‘d22’ (transversale contractie)
  • d33: Afschuif membraanstijfheid
Jannes Van Cauwenberghe is customer service engineer bij SCIA. Meer info over SCIA Engineer is te vinden op: www.scia.net/nl

Comments are closed.