Rakennesimulaatiot

Rakennesimulaatiot ovat tietokonepohjaisia malleja, joilla tutkitaan rakenteiden käyttäytymistä erilaisten kuormien vaikutuksesta. Niitä käytetään rakennusten, siltojen ja teollisten rakenteiden suunnittelussa, turvallisuusarvioinneissa sekä kunnossapidon tukemisessa. Simulaatioiden avulla voidaan arvioida suorituskykyä sekä varautua riskitilanteisiin jo suunnitteluvaiheessa.

Yleisimmät menetelmät ovat elementtimenetelmä (finite element method, FEM), modaalinen analyysi sekä staattinen ja dynaaminen analyysi. Ei-lineaariset mallit käsittelevät suuria muodonmuutoksia, materiaalin epälineaarisuutta ja kontaktitilanteita. Laskenta voi huomioida lämmön, kosteuden sekä dämpämisen vaikutukset.

Mallin syötöiksi tarvitaan geometria, materiaalitiedot, rajatilat sekä kuormat (staattiset, dynaamiset, lämpötilaan liittyvät). Täsmällisyys riippuu sekä mallin yksityiskohtaisuudesta että käytetystä materiaalimallista. Epävarmuuksien käsittelyyn voidaan käyttää herkkymittauksia ja moniskenaarioanalyysiä.

Tuloksina saadaan jännitykset, siirtymät, muodonmuutokset, luonnolliset taajuudet ja mahdolliset buckling-tilat. Dynaamisissa analyyseissä tarkastellaan vasteaikoja, resonansseja sekä ulkoisten kuormien vaikutusta ajassa.

Sovelluksia ovat rakennusten ja siltojen suorituskyvyn arviointi, komponenttien suunnittelu sekä älykkäiden rakennusten ja energiatehokkaiden järjestelmien tutkimus. Alalla käytetään sekä perinteisiä että monimutkaisempia ei-lineaarisia malleja sekä suuria laskentaresursseja.

Yleisiä ohjelmistoja ovat esimerkiksi ANSYS, Abaqus, NASTRAN, LS-DYNA sekä SAP2000 ja COMSOL. Tutkimus ja suunnittelu noudattavat soveltuvia standardeja (esimerkiksi eurokoodit). Tulokset on verifioitava kokeellisesti ja validoitava, jotta ne heijastavat todellista käyttäytymistä.