360x
000474
2023-11-03

Сравнение геометрического нелинейного расчета и метода второго порядка у стальных стержней, подверженных кручению

Стальные конструкции обычно состоят из тонких элементов, для которых устойчивость играет важную роль. В данном контексте геометрически нелинейный расчет (GNA) дает точные результаты, однако его использование требует более высоких вычислительных требований. Следовательно, упрощение GNA будет на практике более подходящим. Существует общий подход, называемый теорией второго порядка (SOT), при котором численные усилия уменьшаются при сохранении точности. Данное исследование затем относится к оценке того, до какой стадии деформации можно точно описать перемещения и внутренние силы, следуя SOT вместо GNA, особенно для кручений и изгибающих нагрузок, которые могут вызвать потерю устойчивости плоской формы изгиба.

Автор
David Bonilla
Университет

Университет Баухауса в Веймаре, Германия

В коммерческом программном обеспечении RFEM было выполнено несколько численных расчетов по SOT и GNA. В процессе моделирования учитывались различные переменные: 4 конструктивные системы, 2 типа КЭ, 43 профиля (38 открытых и 5 замкнутых) и 3 внешних нагрузки. Каждый расчет был выполнен 10 раз, в каждом из них внешние нагрузки увеличиваются до 100% от максимального значения. В результате был выполнен анализ критических нагрузок, перемещений, внутренних сил и напряжений.

Обнаружено, что несоответствие между SOT и GNA увеличивается с увеличением смещения. То же самое характерно для нагрузок: более высокие силы приводят к большим перемещениям и, следовательно, увеличиваются различия между двумя методами.

У замкнутых профилей была обнаружена небольшая вариация как перемещений, так и внутренних сил. Их расчет также можно упростить с помощью элементов 1D балки. Для замкнутых профилей установлено, что поворот будет ограничен несущей способности сечения. Кроме того, замкнутые профили демонстрируют отличную работу по отношению к кручению, и в этом случае можно безопасно применить SOT в качестве приближенного значения для GNA.

Наконец, в результате исследования была установлена стадия, на которой SOT даёт достаточно надёжные результаты в виде кривых подгонки, которые находятся для профилей IPE и HEB. Кривые подгонки - это практичный способ оценить, какой тип расчета следует применить для стальных стержней на изгиб и кручение. Применение SOT или GNA сильно зависит от профиля сечения и уровня нагрузки. Кроме того, важную роль играют граничные условия и типы нагрузок. Последний расчет показал, что даже при другом распределении нагрузки кривые дают хорошую оценку. Кроме того, кривые подгонки IPE можно применить и для профилей UPE.


Ссылки
Скачивания


;