Development of Computer Program for the Second Order Inelastic Analysis of Frames

Μεταπτυχιακός Φοιτητής : Καπογιάννης Ιωάννης
Επιβλέπων Καθηγητής: Σπηλιόπουλος Κ., Αν. Καθηγητής
Ημερομηνία : Οκτώβριος 2013

Στα πλαίσια του παρόντος ερευνητικού προγράμματος αναπτύχθηκε ένα νέο λογισμικό πακέτο, το οποίο πραγματοποιεί βήμα προς βήμα ανελαστικές αναλύσεις σε πλαισιακούς φορείς. Στόχος του λογισμικού είναι η πραγματοποίηση ανελαστικών αναλύσεων με ταχύτητα και αξιοπιστία.  Για αυτό το λόγο, αρχικά πραγματοποιήθηκε ενδελεχής έρευνα σε πλήθος επιστημονικών δημοσιεύσεων σχετικά με τα θεωρητικά μοντέλα που έπρεπε να υιοθετηθούν στην παρούσα προσπάθεια  και αποφασίστηκαν τα παρακάτω

·         Το μοντέλο της πλαστικής άρθρωσης είναι το πιο γρήγορο, αποτελεσματικό και αξιόπιστο. Για αυτό το λόγο και υιοθετήθηκε στην παρούσα εργασία  και προσαρμόστηκε σε δίκομβα γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία δοκού-στύλου (beam column element). 

·         Η επίλυση πρέπει να λαμβάνει υπόψη φαινόμενα δευτέρας τάξεως καθώς παίζουν καθοριστικό ρόλο στην απόκριση της κατασκευής. Η γεωμετρική μη γραμμικότητα λοιπόν, εισάγεται στην επίλυση με την  χρήση του γεωμετρικού μητρώου δυσκαμψίας, το οποίο ανανεώνεται στο τέλος κάθε βήματος της ανάλυσης όταν ο φορέας ισορροπεί.

·         Η μη γραμμικότητα του υλικού εισάγεται μέσα από το κριτήριο της επιφάνειας διαρροής που ορίζει την σχέση ροπής-αξονικής σε κάθε κόμβο. Η συμπεριφορά του υλικού μετά την διαρροή μπορεί να είναι είτε ελαστική τελείως πλαστική, είτε πλαστική με κρατυνόμενο κλάδο, είτε πλαστική με φθίνοντα κλάδο.

·         Ο αλγόριθμος για την βήμα προς βήμα επίλυση που χρησιμοποιήθηκε, είναι η μέθοδος μήκος σφαιρικού τόξου «spherical arc-length» , καθώς συγκριτικά με άλλες μεθόδους όπως η «Newton-Raphson» έχει αποδειχθεί σημαντικά πιο αξιόπιστη με μηδενικά προβλήματα σύγκλισης.

·         Επιπλέον στα πλαίσια της ανάπτυξης του κώδικα προέκυψαν πολλά ζητήματα αναφορικά με την σχέση μεταξύ της τιμής του επαυξητικού φορτίου και του αριθμό νέων πλαστικών αρθρώσεων σε κάθε βήμα («Load increment control»). Το παραπάνω πρόβλημα κρίθηκε ως σημαντικό γιατί προκαλούσε δυσκολίες στη σύγκλιση της επίλυσης του φορέα και αντιμετωπίστηκε με ειδική στρατηγική που παρουσιάζεται παρακάτω.

·         Η ανάπτυξη του λογισμικού επίλυσης του φορέα έγινε σε FORTRAN 2008 καθώς είναι η πιο εύκολη και γρήγορη για τις πράξεις μεταξύ μητρώων, ενώ τα δεδομένα στο πρόγραμμα εισάγονται από γραφικό περιβάλλον  το οποίο αναπτύχθηκε σε γλώσσα visual basic 2008.

Στην παρούσα τεχνική έκθεση λοιπόν, αρχικά παρουσιάζεται αναλυτικά πως πραγματοποιήθηκαν όλα τα παραπάνω. Στη συνέχεια επιλύονται χαρακτηριστικά προβλήματα με την χρήση του προγράμματος  τα οποία υποδεικνύουν την ακρίβεια και την αξιοπιστία του κώδικα που δημιουργήθηκε.

 

 

Δείτε τη ΜΕ στη βιβλιοθήκη του ΕΜΠ