[Q&A #1] Kariera w nieliniowym MESie i stateczności złożonych konstrukcji

Odkąd ogłosiłem, że zakładam kolumnę pytań i odpowiedzi, otrzymałem kilka świetnych maili. Postaram się odpowiedzieć na jak najwięcej z nich pod koniec każdego miesiąca. Jeśli więc wysłałeś mi maila i nie znalazłeś tu odpowiedzi, nie martw się! Przechowuję wszystkie pytania i odpowiem na nie później.

Kariera w nieliniowym MESie – co robić?

„Od zeszłego roku pracuję przy problemach nieliniowych (implicit w Nastranie). Czy mógłbyś powiedzieć mi, jakie możliwości ma analiza nieliniowa i w jakim kierunku powinienem iść, żeby mieć lepszą przyszłość? Dziękuję.”

Lubię pytania z LinkedIna, bo po dodaniu do posta wyglądają tak ładnie i profesjonalnie 🙂

Myślę jednak, że mógłbym nieco zmienić to pytanie. Analiza nieliniowa to nie dziedzina kariery zawodowej… podobnie jak korzystanie z Excela. To są umiejętności, które dają nam ogromne możliwości, ale nigdy same. To narzędzia, z pomocą których możesz zrobić wiele rzeczy… o ile wiesz, co chcesz zrobić.

Innymi słowy, nie ma sensu inwestowanie jedynie w nieliniowego MESa. Może to zrobić z Ciebie świetnego operatora kalkulatora. Ktoś chce rozwiązać jakiś problem, więc przychodzi z tym do Ciebie. Mówi Ci mniej więcej, jakie ma wymagania i składa zamówienie. Typowa praca korporacyjna. Nie ma w tym oczywiście nic złego, myślę jednak, że prawdziwa siła nieliniowego MESa jest zupełnie gdzie indziej.

Zanim zacząłem pisać bloga, spędziłem 8 lat (nie licząc studiów), ucząc się stateczności konstrukcji. W międzyczasie uczyłem się też MESa – tę naukę zacząłem jednak kilka lat później. Zdałem sobie sprawę, jak olbrzymi potencjał ma ta metoda. Jako że wiedziałem już wtedy, co chcę robić, mogłem docenić możliwości, jakie dał mi MES. Byłem świadomy problemów ze statecznością, a nieliniowy MES okazał się odpowiedzią na te problemy.

Ujmując to inaczej, spróbuj zostać ekspertem na jakimś polu innym niż nieliniowy MES i użyj tam MESa. Nie martw się, to nie wybór na całe życie! Po prostu nie ucz się jedynie o zbieżności, jakości siatki itd. Ucz się także o branży, w której nielinowy MES może być przydatny. Im więcej będziesz wiedzieć o tej branży, tym bardziej docenisz możliwości nieliniowego MESa. Będziesz też w stanie zdefiniować problem i zaproponować rozwiązanie. To da Ci ogromną swobodę wyboru! Po pewnym czasie będziesz już mieć ogromną wiedzę w wybranej branży i będziesz mógł rozszerzyć swoją działalność na branże, które mają podobne problemy. Potem jest już coraz łatwiej 🙂

Moją dziedziną jest stateczność, co zaczęło się od stateczności powłok i zagadnień związanych z różnymi solverami, problemami zbieżności itd. Potem zacząłem interesować się konstrukcjami cienkościennymi, głównie dlatego, że problemy z nimi związane są podobne. Cienkościanów uczę się nadal. Co będzie później? Kto wie… może dynamiczna stateczność albo laminaty? Zobaczę, dokąd życie mnie poprowadzi 🙂

Pewnie gdybym skupił się jedynie na nieliniowym MESie, wiedziałbym więcej na ten temat. Ale nie potrafiłbym nic samodzielnie zaprojektować. Nie wiedziałbym, czego szukać i jakie problemy mogę spotkać.

Nieliniowy MES to nie cel sam w sobie, to tylko świetne narzędzie, które pomoże Ci osiągnąć inne cele. Od Ciebie tylko zależy, do czego go użyjesz!

„Od czego zacząć” – to bardzo trudne pytanie. Jako że korzystasz z analizy nieliniowej, rozwiązałeś już pewnie jakieś problemy. Jeśli masz szczęście, były to problemy z różnych dziedzin. Wybierz więc to, co Cię interesuje i zajmij się tym. Jeśli nie jesteś pewien, spróbuj znaleźć na LinkedInie ludzi, którzy zajmują się podobnymi problemami. Zapytaj ich, czy nieliniowy MES w tej dziedzinie ma sens, jakie są problemy do rozwiązania itd. Jestem pewien, że znajdziesz ludzi, którzy Ci pomogą.

Powodzenia!

Stateczność złożonych struktur

Od pewnego czasu już dostaję masę pytań odnośnie stateczności. Jedno było szczególne. Zadał mi je Grzegorz podczas półgodzinnej rozmowy.

Grzegorz był ciekaw stateczności konstrukcji, którą zaprojektował kilka lat temu w ramach pracy dyplomowej. Muszę przyznać, że idea konstrukcji jest dość ciekawa – zdecydowanie warto rzucić na nią okiem.

Są tu 3 główne typy elementów. „Poziome” dźwigary („horizontal” girder) nie są oczywiście „płaskie”, ale znajdują się na powierzchni dachu. Zapewniają sztywność w poziomym kierunku. Kolejnymi ważnymi elementami są „pionowe” belki („vertical” girder). Są one sztywne w płaszczyźnie pionowej. Na koniec belki podłużne (purlings) wiążą to wszystko ze sobą.

Grzegorz chciał wiedzieć, jak podszedłbym do takiego tematu, spróbuję to więc opisać.

Po pierwsze kilka obserwacji:

• Najprawdopodobniej założyłbym, że belki podłużne (purlings) muszą przenieść obciążenia pionowe pomiędzy pionowymi belkami („vertical” girder). Oczywiście są tu też dźwigary poziome („horizontal” girder), wątpię jednak, by były wystarczająco sztywne, żeby przejąć znaczne obciążenia. Przy dużych obciążeniach belki te będą stanowić raczej sprężyste podpory. Zakładając, że posiadam model, łatwo sprawdzę skuteczność tych podpór.
• Następnie sprawdziłbym, czy pionowe łuki mają wystarczającą nośność, żeby przejąć obciążenia z belek podłużnych. Jako że na pierwszy rzut oka wyglądają one na bardzo smukłe, zrobiłbym analizę nieliniową, żeby sprawdzić, czy nie grozi im przeskok.
• Wiedząc, że kierunek pionowy jest mniej więcej w porządku, sprawdziłbym nośność dźwigarów poziomych. Z pewnością działa na nie sporo poziomych sił. Byłoby dobrze, gdyby dźwigary nie przewróciły się na bok 🙂
• Na koniec zrobiłbym jedną dużą analizę sprawdzającą, czy wszystko razem jest stabilne. Na tym etapie sprawdziłbym ponownie problem przeskoku.

Narzędzia przydatne do tego problemu:

• W pierwszym kroku muszę podjąć decyzję. Czy chcę analizować tę konstrukcję jako całość, czy najpierw chcę przeanalizować mniejsze elementy?
• Jeśli zdecyduję się od razu na całą konstrukcję, LBA to będzie koszmar – otrzymam całą masę form związanych z wyboczeniem pojedynczych elementów. Zanim dobrnę do jakiejś globalnej postaci utraty stateczności, minie mnóstwo czasu. Gdybym miał naprawdę zaprojektować coś takiego, pewnie i tak zrobiłbym taki model. Nadal jednak rozważałbym zrobienie najpierw mniejszych „izolowanych” modeli poszczególnych elementów konstrukcji. W ten sposób dobranie prawidłowych przekrojów zajmie mniej czasu.
• Przy mniejszych modelach poszczególnych elementów LBA nie stanowiłoby dużego problemu. Mógłbym policzyć siły krytyczne tych elementów i dobrać odpowiednie przekroje (bazując np. na Eurokodzie).
• Myślę, że nie używałbym analizy nieliniowej na poziomie „małych” modeli. Jest mnóstwo rzeczy, których takie modele nie biorą pod uwagę. Dlatego robienie tu skomplikowanych analiz wydaje się bez sensu. Zamiast tego stworzyłbym ładny model 3D całej konstrukcji. Jako że miałbym zrobione już pojedyncze obliczenia, mógłbym wprowadzić lepiej lub gorzej dobrane przekroje.
• Na tym etapie analiza LBA całości ma więcej sensu. Nadal jednak obejrzenie wyników zajmie sporo czasu. Jednak wiedza, jak wygląda globalna utrata stateczności, może mi się później bardzo przydać.
• Mógłbym wykorzystać kształt deformacji z LBA jako imperfekcje w analizie nieliniowej. W ten sposób byłbym pewien, że nie przegapiłem nic istotnego. Jako że wszystkie elementy mogą być zaprojektowane zgodnie z normą (np. Eurokodem), na tym etapie nie martwiłbym się wyboczeniem pojedynczych elementów. Zamiast tego sprawdziłbym, jak wygląda globalna stateczność układu (co nie jest dokładnie opisane w Eurokodzie).
• Myślę, że w zasadzie byłoby to wszystko 🙂

Posty Q&A

Mam zamiar pisać posta z cyklu Q&A w każdym miesiącu. Jeśli masz jakieś pytanie, zostaw je w komentarzach poniżej.

Daj mi tez znać, co myślisz o samej idei Q&A – czy to dobry pomysł? Czy uważasz, że to potrzebne i powinienem kontynuować ten pomysł?

Chcesz nauczyć się więcej?

Jeśli interesujesz się MESem, możesz dowiedzieć się kilku przydatnych rzeczy ma moim darmowym kursie. Możesz się do niego zapisać poniżej: