Многофакторная оптимизация сортамента тонкостенных профилей методом конечных элементов

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
Автор работы: Д.С. Краморов
Руководитель: В.А. Полушин

Введение

Тонкостенный стержень — стержень, у которого все три основных размера (наибольший и наименьший размеры поперечного сечения и длина) являются величинами различного порядка. В отличие от обычных (сплошных) стержней, сечения тонкостенного стержня при деформации не остаются плоскими (явление депланации), что исключает возможность использования при расчёте гипотезы плоских сечений. Благодаря лёгкости и экономичности, тонкостенные конструкции получили широкое распространение в строительстве. Относительно легкий вес также не ограничивает инженеров и производителей в выборе формы поперечного сечения профилей.

Постановка задачи

Путем различных экспериментов найти наилучший алгоритм поиска оптимального тонкостенного профиля для использования в реальной инженерной практике. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• создание наиболее простой конечно-элементной модели профиля
• нахождение наилучшего способа объединения тонкостенных профилей в двойное сечение
• исследование оптимального соотношения размеров профиля
• исследование различных форм поперечного сечения профиля
• исследование влияния погрешности производства на несущую способность профиля

Конечно-элементная модель

Основная часть расчетов производилась методом конечных элементов (МКЭ) в программе ABAQUS [3]. Для твердотельного построения был выбран тип элементов 3D stress с 8 степенями свободы, для оболочечных – Shell с 4 степенями свободы. В обеих постановках геометрический порядок сетки – линейный. При большом количестве элементов он дает точность близкую к квадратичному порядку, а вот скорость расчета становится выше.

Расчеты показали, что для простоты моделирования можно опускать скругление и использовать оболочечное построение. Причем, этим можно пользоваться без потери точности, так как в оболочечная модель меньше значения и напряжений, и перемещений на 5%, тогда как отсутствие скругления увеличивает перемещения и напряжения в модели модель примерно на 6% по обоим параметрам.

Список использованной литературы

• Власов В. 3., Тонкостенные упругие стержни, 2 изд., М., 1959. О. В. Лужин.
• Georgieva IB, Schuereman L, Pyl L, Composed columns from cold-formed steel Z-profiles: Experiments and code-based predictions of the overall compression capacity. Engineering Structures 37 (2012)
• Abaqus/CAE User's Manual, Dassault Systèmes, 2012
• ТУ 1121-001-79850813-2012 «Профили холодногнутые из оцинкованной стали для строительства» Э.Л. Айрумян
• Georgieva IB, Schuereman L, Pyl L, DeRoec G. Experimental investigation of built-up double-Z members in bending and compression. Thin-Wall Struct 2011
• 2013-JIG-399/057-КМД
• СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»