Изгиб-кручение П-образных тонкостенных рам

Автор: Рыбаков Владимир Александрович, Жось Владислав Андреевич

Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy

Статья в выпуске: 2 (100), 2022 года.

Бесплатный доступ

Цель работы – апробация метода расчета, основанного на применении «коэффициента вращения» в матрице вращения конечных элементов с «седьмой» (деформационной) степенью свободы и используемого при проектировании тонкостенных стержневых систем. в рамках полупрозрачной теории В.И. Сливкер. для анализа напряженно-деформированного состояния легкосплавных стальных конструкций (ЛСТК). Объектом исследования являются тонкостенные плоские стержневые системы (рамы). Предметом исследования является напряженно-деформированное состояние тонкостенных плоских стержневых систем под действием поперечной изгибающей нагрузки с эксцентриситетом на примере П-образной рамы. Метод. Основным методом исследования в статье является метод конечных элементов. Программа ABAQUS используется для проектирования и расчета объемных конечно-элементных моделей различных соединений и конструкций из тонкостенных профилей. Полученные результаты. Предложенный метод корректен для участков пролетов, удаленных от двух стыков с конечной деформационной жесткостью. Ошибка напряжения для наиболее опасной точки наиболее опасного участка составила 4,3 %. Значения напряжений в опасном сечении, полученные предлагаемым способом, отличаются в большую сторону от «истинных» значений, что дает небольшой запас прочности. При удалении от опасного участка (в середине ригеля) в обе стороны на треть пролета погрешность постепенно снижается до 2,9 %; в зоне стыков ошибка составила 9,2 %, причем напряжения были ниже «истинных». Распределение бимомента вдоль оси колонны и его значения, рассчитанные обратным способом и на основе твердотельной конечно-элементной модели, также значительно ближе к «истинным», чем рассчитанные без учета «вращательного коэффициент".

Еще

Cтальные конструкции легкого сечения, изгиб-кручение, плоские шпангоуты, тонкостенные стержни, жесткое соединение, бимомент, деформация, напряжения

Короткий адрес: https://sciup.org/143178770

IDR: 143178770   |   DOI: 10.4123/CUBS.100.4

Список литературы Изгиб-кручение П-образных тонкостенных рам

  • Slivker, V.I. Stroitelnaya mekhanika. Variatsionnye osnovy. [Structural mechanics. Variational basis]. Moscow: ASV, 2005., 2005. 710 p.
  • Lalin, V., Rybakov, V., Sergey, A. The finite elements for design of frame of thin-walled beams. Applied Mechanics and Materials. 2014. 578–579. Pp. 858–863. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.578-579.858.
  • Lalin, V. V., Rybakov, V.A., Diakov, S.F., Kudinov, V. V., Orlova, E.S. The semi-shear theory of V.I. Slivker for the stability problems of thin-walled bars. Magazine of Civil Engineering. 2019. 87(3). Pp. 66–79. DOI:10.18720/MCE.87.6.
  • de Borst, R., Crisfield, M.A., Remmers, J.J.C., Verhoosel, C. V. Non-Linear Finite Element Analysis of Solids and Structures: Second Edition. Non-Linear Finite Element Analysis of Solids and Structures: Second Edition. 2012. DOI:10.1002/9781118375938.
  • Lalin, V. V., Zdanchuk, E. V., Kushova, D.A., Rozin, L.A. Variational formulations for non-linear problems with independent rotational degrees of freedom. Magazine of Civil Engineering. 2015. 56(4). DOI:10.5862/MCE.56.7.
  • Tusnina, O. A finite element analysis of cold-formed Z-purlins supported by sandwich panels. Applied Mechanics and Materials. 2014. 467. Pp. 398–403. DOI:10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMM.467.398.
  • Tusnina, O. An influence of the mesh size on the results of finite element analysis of Z-purlins supported by sandwich panels. Applied Mechanics and Materials. 2014. 475–476. Pp. 1483–1486. DOI:10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMM.475-476.1483.
  • Hsiao, K.M., Lin, J.Y., Lin, W.Y. A consistent co-rotational finite element formulation for geometrically nonlinear dynamic analysis of 3-D beams. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1999. 169(1–2). Pp. 1–18. DOI:10.1016/S0045-7825(98)00152-2.
  • Kibkalo, A., Lebedeva, M., Volkov, M. Methods of Parametric Optimization of Thin-Walled Structures and Parameters which Influence on it. MATEC Web of Conferences. 2016. 53. DOI:10.1051/MATECCONF/20165301051.
  • Basaglia, C., Camotim, D., Silvestre, N. GBT-based local, distortional and global buckling analysis of thin-walled steel frames. Thin-Walled Structures. 2009. 47(11). Pp. 1246–1264. DOI:10.1016/J.TWS.2009.04.003.
  • Basaglia, C., Camotim, D., Silvestre, N. Global buckling analysis of plane and space thin-walled frames in the context of GBT. Thin-Walled Structures. 2008. 46(1). Pp. 79–101. DOI:10.1016/J.TWS.2007.07.007.
  • Basaglia, C., Camotim, D., Silvestre, N. Post-buckling analysis of thin-walled steel frames using generalised beam theory (GBT). Thin-Walled Structures. 2013. 62. Pp. 229–242. DOI:10.1016/J.TWS.2012.07.003.
  • Manta, D., Gonçalves, R., Camotim, D. Combining shell and GBT-based finite elements: Linear and bifurcation analysis. Thin-Walled Structures. 2020. 152. DOI:10.1016/J.TWS.2020.106665.
  • Pignataro, M., Rizzi, N., Ruta, G., Varano, V. The effects of warping constraints on the buckling of thin-walled structures. Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2009. 4(10). Pp. 1711–1727. DOI:10.2140/JOMMS.2009.4.1711.
  • Atavin, I. V., Melnikov, B.E., Semenov, A.S., Chernysheva, N. V., Yakovleva, E.L. Influence of stiffness of node on stability and strength of thin-walled structure. Magazine of Civil Engineering. 2018. 80(4). Pp. 48–61. DOI:10.18720/MCE.80.5.
  • Garifullin, M., Pajunen, S., Mela, K., Heinisuo, M., Havula, J. Initial in-plane rotational stiffness of welded RHS T joints with axial force in main member. Journal of Constructional Steel Research. 2017. 139. Pp. 353–362. DOI:10.1016/J.JCSR.2017.09.033.
  • Garifullin, M., Vatin, N., Jokinen, T., Heinisuo, M. Numerical solution for rotational stiffness of RHS tubular joints. Advances and Trends in Engineering Sciences and Technologies II - Proceedings of the 2nd International Conference on Engineering Sciences and Technologies, ESaT 2016. 2017. Pp. 81–86. DOI:10.1201/9781315393827-16.
  • Garifullin, M., Bronzova, M., Pajunen, S., Mela, K., Heinisuo, M. Initial axial stiffness of welded RHS T joints. Journal of Constructional Steel Research. 2019. 153. Pp. 459–472. DOI:10.1016/J.JCSR.2018.10.025.
  • Gorodetskiy, A.S., Zdorenko, V.S., Karpilovskiy, V.S. Primeneniye MKE k raschetu tonkostennykh sterzhnevykh sistem [Application of FEM to the design of thin-walled bar systems]. Soprotivleniye materialov i teoriya sooruzheniy. 1976. 28. Pp. 134–140.
  • Tusnin, A. Chislennyy raschet konstruktsiy iz tonkostennykh sterzhney otkrytogo profilya [Numerical calculation of thin-walled structures of public profile]. Moscow, M.: MGSU: Izd-vo ASV, 2009. 143 p.
  • Tusnin, A. Finite Element for Calculation of Structures Made of Thin-Walled Open Profile Rods. Procedia Engineering. 2016. 150. Pp. 1673–1679. DOI:10.1016/J.PROENG.2016.07.149.
  • Perelmuter, A., Yurchenko, V. Calculation of spatial structures from thin_walled bars with open profile. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2012. 245(6). Pp. 18–25.
  • Perelmuter, A., Yurchenko, V. On the issue of structural analysis of spatial systems from thin-walled bars with open profiles. Metal Constructions. 2014. 20. Pp. 179–190.
  • Postnov, V.A., Kharkhurim, I.Y. Metod konechnykh elementov v raschetakh sudovykh konstruktsiy [Finite element method in calculations of ship structures]. Moscow, 1974. 344 p.
  • Nemchinov, Y.I. Raschet tonkostennykh prostranstvennykh sistem metodom konechnykh elemen-tov [Calculation of thin-walled spatial systems by the finite element method]. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 1976. 5. Pp. 14–17.
  • Nemchinov, Y.I. Raschet zdaniy i sooruzheniy metodom prostranstvennykh konechnykh elementov [Calculation of buildings and structures by the spatial finite element method]. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 1981. 5. Pp. 29–33.
  • Cichoń, C., Koczubiej, S. No TitleConsistent FEM model for thin-walled space frames. Czasopismo Techniczne. 2008. 21. Pp. 3–20.
  • Rezaiee-Pajand, M., Moayedian, M. Explicit stiffness of tapered and monosymmetric I beam–columns. InternationalJournal of Engineering. 2000. 13(2). Pp. 1–18.
  • Bazant, Z.P., El Nimeiri, M. Large-deflection spatial buckling of thin-walled beams and frames. ASCE J Eng Mech Div. 1973. 99(EM6). Pp. 1259–1281. DOI:10.1061/jmcea3.0001837.
  • Tusnin, A.R. Finite element for numeric computation of structures of thin-walled open profile bars. Metal constructions. 2009. 15(1). Pp. 73–78.
  • Selyantsev, I.M., Tusnin, A. Cold-formed steel joints with partial warping restraint. Magazine of Civil Engineering. 2021. 101(1). DOI:10.34910/MCE.101.1.
  • Britvin, E.. Analysis jf frame structurs formed of thinwalled bar elements. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2016. 4. Pp. 43–54.
  • Serpik, I., Shkolyarenko, R. Refinement of the accounting methodology of bi-moments transfer at the junctions of the I-section bars. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 365(4). DOI:10.1088/1757-899X/365/4/042011.
  • Rybakov, V.A., Jos, V.A. Stress State of Г-Shaped Thin-Walled Rod Joints in Bending Torsion. Construction of Unique Buildings and Structures. 2022. 99(1). Pp. 9903–9903. DOI:10.4123/CUBS.99.3. URL: https://unistroy.spbstu.ru/article/2022.100.3 (date of application: 18.04.2022).
  • Rybakov, V., Sovetnikov, D., Jos, V. Cross-Sectional Warping of Thin-Walled Rods at Plane Frame Joints. Lecture Notes in Civil Engineering. 2020. 70. Pp. 231–243. DOI:10.1007/978-3-030-42351-3_20.
  • Rybakov, V.A., Sovetnikov, D.O., Jos, V.A. Bending torsion in Γ-shaped rigid and warping hinge joints. Magazine of Civil Engineering. 2020. 99(7). DOI:10.18720/MCE.99.9.
  • Vlasov, V.Z. Thin-walled elastic beams. Israel Program for Scientific Translation. Jerusalem, 1961. 493 p.
Еще
Статья научная