1 Autoři: P. Marek and J. Brozzetti Překlad: P. Konečný TERECO Kapitola 3 Teaching Reliability Concepts Using Simulation Technique Výuka koncepce posuzování spolehlivosti za použití simulační techniky SIMULATION-BASED RELIABILITY ASSESSMENT POSUDEK SPOLEHLIVOSTI ZALOŽENÝ NA SIMULACÍ („Pravidla hry“) Leonardo da Vinci program – TERECO Project No. CZ/98/1/82502/PI/I.1.1a/FPI April 2001

2 Osnova Úvod Zatížení o kombinace účinků zatížení Odolnost Kriteria pro posudek spolehlivosti Bezpečnost – únosnost (vč. trvanlivosti) Použitelnost Vybrané příklady Souhrn a závěry

3 Outline in English Introduction Loading and load effect combinations Resistance Reliability assessment criteria Safety - Bearing capacity (incl. durability) Serviceability Examples Summary and conclusions

4 Narůstání množství norem Informační technologie Super počítače Pracovní stanice Osobní počítače Přechodné období Pravděpodobnostní metody Metoda dílčích součinitelů Počítače Mechanické kalkulátory Deterministické metody ? Logaritmické pravítko ?

5 Vývoj koncepcí pro posudek spolehlivosti Development of reliability assessment concepts Součin. bezpeč. Dílčí součinitele Dovolené namáhání Pravděpodobnostní Analytické a numerické metody Simulace Pravděpodobnostní Deterministická Počítačová éra Éra log. pravítka

BALÓN + RAKETOVÝ POHON = KVALITATIVNĚ NOVÝ DOPRAVNÍ PROSTŘEDEK ??????? NE !

METODA DÍLČÍCH SOUČINITELŮ + POČÍTAČE = KVALITATIVNĚ NOVÁ KONCEPCE POSUDKU SPOLEHLIVOSTI ????? NE ! POČÍTAČE DÍLČÍ SOUČINITELE (PFM)

PRAVDĚPODOBNOSTNÍ METODY (např. SBRA) + POČITAČE = KVALITATIVNĚ NOVÁ KONCEPCE POSUDKU SPOLEHLIVOSTI ??? ANO!

9 Dílčí součinitele Dovolené namáhání Pravděpodobnostní Analytické a numerické metody Simulace Počítačová éra Éra log. pravítka Součin. bezpeč. Pravděpodobnostní Deterministická SBRA Vývoj koncepcí pro posudek spolehlivosti Development of reliability assessment concepts

10 SBRA Vstupní proměnné charakterizují useknuté neparametrické histogramy. Projektant analyzuje funkci spolehlivosti metodou Monte Carlo. Spolehlivost je vyjádřena jako P f < P d, kde P f je pravděpodobnost poruchy, a P d je v normách uvedená návrhová pravděpodobnost poruchy. P f = Σ / Σ < P d R – S = 0 S R

11 NÁSTROJ MONTE CARLO GENERÁTOR NÁHODNÝCH ČÍSEL PŘÍKLAD HISTOGRAMU Více informací naleznete v Kapitole 2, knihy “Probabilistic Assessment of Structures using Monte Carlo Simulation. Background, Exercises. Software.”

12 Co je to křivka trvání zatížení Load Duration Curve (LDC)? Historie zatížení Loading History ‚Setříděná‘ historie ‚Sorted‘ History LDC ŽIVOTNOST ČAS ZATÍŽENÍ F(t)

13 Dlouhodobé zat. (a)Stálé zat.(c)Krátkodobé zat. (d)Zatížení větrem Křivky trvání zatížení, LDC, a příslušné histogramy Dead Short Long Wind

14 Analýza jedno komponentní kombinace účinků zatížení pomocí simulace Monte Carlo a programu ResCom One-component Load Effect Combination

15 Křivky trvání zatížení (LDC) o dvou a více komponentách Větrná růžice Směr větru a Rychlost větru ŽIVOTNOST RYCHLOST VĚTRU

16 Kombinace více komponentních účinků zatížení (multi-component load effects) Každý účinek zatížení je vyjádřen např. N, M x and M y x - x N, M x, M y např. Nosník-Sloup e.g. Beam-Column Viz. příklady 4.10, 6.22 and 7.7

17 Osnova Úvod Zatížení o kombinace účinků zatížení Odolnost Kriteria pro posudek spolehlivosti Bezpečnost – únosnost (vč. trvanlivosti) Použitelnost Vybrané příklady Souhrn a závěry

18 Bezpečnost – Únosnost Safety - Bearing Capacity Pevnost (teorie 1. a 2. řádu) Strength (1st and 2nd order problems) Akumulace poškození Accumulation of damage Stabilita polohy Stability of position Křehký lom Fracture Definice referenční úrovně? Definition of the Reference Level?

19 Definice odolnosti Definition of the Resistance P  „Referenční úroveň“ „Reference Level“ ??? (kolaps)

20 (kolaps) deformace  zatížení Referenční hodnota a)Mez kluzu Onset of yielding b)Tolerovatelná trvalá deformace Tolerable permanent deformation Ne-tolerovatelné trvalé deformace d)Plastický kloub: kolaps? Plastic hinge: collapse Použitelné c)Tolerovatelné poškození: potřeba opravy či výměny Tolerable damage:

Rozptyl meze kluzu, průřezové plochy, počáteční excentricita a efekt vlastního pnutí jsou vyjádřeny useknutými histogramy. Průřezová plocha  A var Cross-section area Počáteční excentricita  e o Initial eccentricity Efekt vlastního pnutí  Res var Effect of residual stresses Mez kluz  f y Yield stress Únosnost sloupu : Proměnné Column Resistance : Variables

22 Štíhlostní poměr Slenderness ratio Napětí (N.mm -2 ) Stress Proměnné: Variables f y, e o, A,..

23 Osnova Úvod Zatížení o kombinace účinků zatížení Odolnost Kriteria pro posudek spolehlivosti Bezpečnost – únosnost (vč. trvanlivosti) Použitelnost Vybrané příklady Souhrn a závěry

24 Přístup Koncepce návrhového bodu (Dílčí součinitele) Design Point Concept Plně pravděpodobnostní Fully Probabilistic Alternative R d > S d RdRd SdSd P f = {(modré)/(zelené) tečky} < P d

25 Tyč vystavená tlaku a tahu Bar exposed to Tension and Compression

26 Návrhová pravděpodobnost P d Target probability dle ČSN Důležitost konstrukce Bezpečnost Safety P d Použitelnost Serviceability P d Méně důležitá0,000 50,16 Běžná0, ,07 Velmi důležitá0, ,023

27 Rám s opřenými sloupy Frame containing leaning columns

28 Osnova Úvod Zatížení o kombinace účinků zatížení Odolnost Kriteria pro posudek spolehlivosti Bezpečnost – únosnost (vč. trvanlivosti) Použitelnost Vybrané příklady Souhrn a závěry

29 Návrhová pravděpodobnost P d Target probability dle ČSN Důležitost konstrukce Bezpečnost Safety P d Použitelnost Serviceability P d Méně důležitá0,000 50,16 Běžná0, ,07 Velmi důležitá0, ,023

30 Osnova Úvod Zatížení o kombinace účinků zatížení Odolnost Kriteria pro posudek spolehlivosti Bezpečnost – únosnost (vč. trvanlivosti) Použitelnost Vybrané příklady Souhrn a závěry

31 S(t) R(t) Čas Trvanlivost, životnost Durability, Working Life

32 Ocelová tyč časově proměnná síla a koroze Steel Bar - Variable Force and Corrosion Čas

33 S(t) = kombinace účinků zatížení Load Effect Combination Historie zatížení (0 až 50 let) Load Effect History

34 A nom, koroze A var, koroze A var (t) ( let)

35 Odolnost R(t) Resistance Proměnné F y, Area A, Koroze

36 RF(t) = R(t) - S(t) let

37 Pravděpodobnost poruchy P f Probability of Failure P f = 0,00023 P f = 0,00220 t = 25 let t = 40 let

38 ŽIVOTNOST Pravděpodobnost poruchy P f (t) Probability of Failure PfPf čas (roky)

39 Osnova Úvod Zatížení o kombinace účinků zatížení Odolnost Kriteria pro posudek spolehlivosti Bezpečnost – únosnost (vč. trvanlivosti) Použitelnost Vybrané příklady Souhrn a závěry

40 Vliv počítačových technologií Impact of computer technology. Aplikace výkonných simulačních nástrojů v práci projektanta Application of powerful simulation techniques in designer‘s work. Od komponentů k systémům From Components to Systems Nové generace norem, aplikace databází a informačních technologií New generation of specifications, application of databases and information technologies. Výuka projektantů: přechod od deterministického k pravděpodobnostnímu „způsobu myšlení“. Education of designers: From deterministic to probabilistic ‚way of thinking‘.SouhrnSUMMARY

41 Přechod od logaritmického pravítka do počítačové éry Transition from ‚Slide-rule‘ to ‚Computer‘ era

42 Vliv počítačových technologií Aplikace výkonných simulačních nástrojů v práci projektanta Od komponentů k systémům Nové generace norem, aplikace databází a informačních technologií Výuka projektantů: přechod od deterministického k pravděpodobnostnímu „způsobu myšlení“. Souhrn a závěry SUMMARY AND CONCLUSIONS

43 Vliv počítačových technologií Aplikace výkonných simulačních nástrojů v práci projektanta Od komponentů k systémům Nové generace norem, aplikace databází a informačních technologií Výuka projektantů: přechod od deterministického k pravděpodobnostnímu „způsobu myšlení“. Souhrn a závěry SUMMARY AND CONCLUSIONS

44 SBRA – od komponentů k systémům

45 Jak bude vypadat nová generace norem a prostředků pro navrhování?

46 Vliv počítačových technologií Aplikace výkonných simulačních nástrojů v práci projektanta Od komponentů k systémům Nové generace norem, aplikace databází a informačních technologií Výuka projektantů: přechod od deterministického k pravděpo- dobnostnímu „způsobu myšlení“. Souhrn a závěry SUMMARY AND CONCLUSIONS

47 Další informace můžete nalézt na: www. itam.cas.cz/SBRA