Виталий Афанасьевич Жилкин - Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля в MSC Patran-Nastran
Название: | Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля в MSC Patran-Nastran | |
Автор: | Виталий Афанасьевич Жилкин | |
Жанр: | Статьи и рефераты, САПР, Современные российские издания, Литература ХXI века (эпоха Глобализации экономики), Конструирование, изобретательство, рационализаторство, Строительная механика и сопромат | |
Изадано в серии: | неизвестно | |
Издательство: | неизвестно | |
Год издания: | - | |
ISBN: | неизвестно | |
Отзывы: | Комментировать | |
Рейтинг: | ||
Поделись книгой с друзьями! Помощь сайту: донат на оплату сервера |
Краткое содержание книги "Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля в MSC Patran-Nastran"
Статья о численном расчете тонкостенных стержней открытого профиля в MSC Patran-Nastran.
Читаем онлайн "Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля в MSC Patran-Nastran". Главная страница.
- 1
- 2
- 3
- . . .
- последняя (6) »
УДК 539.3 + 004.42
Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля
В MSC Patran-Nastran
В. А. Жилкин
Около 2000 г. в России появилась новая отрасль строительной индустрии, ориентированная на изготовление несущих и ограждающих конструкций малоэтажных зданий различного назначения из легких
стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) из гнутых профилей, изготавливаемых из оцинкованной стали. Это потребовало разработки методов проектирования и исследования таких конструкций. Конечно-элементный (КЭ) расчет ЛСТК стандартными программными продуктами затруднен в связи с тем, что при
использовании стержневой аппроксимации они зачастую не учитывают стесненное кручение конструктивных элементов, что не позволяет точно определить напряженно-деформированное состояние конструкции.
Использование КЭ оболочки приводит к возрастанию числа узлов и элементов по сравнению со стержневой аппроксимацией в несколько раз, что нежелательно при расчете сложных конструкций. Это явилось
причиной разработки новых аналитических и численных методов расчета тонкостенных стержневых систем, создания специальных конечных элементов, имеющих не шесть, а семь степеней свободы (седьмая
степень свободы учитывает депланацию) сечения. MSC Patran-Nastran имеет конечный элемент CBEAM,
обладающий семью степенями свободы, однако процедура его использования в научной литературе не описана. В данной работе приводится методика использования элемента CBEAM и результаты сопоставления
численного анализа напряженно-деформированного состояния тонкостенного стержня открытого профиля
в условиях несимметричного нагружения при стержневой, оболочечной и трехмерной аппроксимациях.
MSC Patran-Nastran, при применении элементов CBEAM, позволяет, используя стержневую аппроксимацию
балок, выполнять расчеты балок открытого тонкостенного профиля на прочность и жесткость. Напряжения
и перемещения в точках поперечных сечений балки при стержневой аппроксимации не противоречат аналогичным величинам, найденным при оболочечной и трехмерной аппроксимациях.
Ключевые слова: тонкостенный стержень, депланация поперечных сечений балки, свободное и стесненное кручение, бимомент, секториальная площадь, секториальный момент кручения, MSC Patran-Nastran,
элемент CBEAM.
Историческая справка [12]
Для тонкостенных стержней открытого
профиля гипотеза плоских сечений применима
только в том случае, если равнодействующая
внешней нагрузки проходит через центр изгиба,
точку сечения, относительно которой момент
касательных сил, действующих в сечении при
поперечном изгибе, равен нулю. В этом случае
стержень испытывает только изгиб (без кручения). В противном случае при изгибе возникает
кручение. Если продольные перемещения точек
поперечных сечений балки не стеснены, то возникает чистое кручение, при котором в качестве
оси поворота сечения (оси кручения) может
рассматриваться любая ось, параллельная оси
стержня. Расчетные соотношения (значения
напряжений, жесткость на кручение и др.) не
зависят от выбора центра поворота сечений;
перемещения определяются с точностью до
движения стержня как твердого тела. В задачах
стесненного кручения, когда некоторые сечения
стержня закреплены, такой произвол отсутствует – ось кручения становится вполне определенной. Стесненное кручение приводит к возникновению нормальных напряжений, которые
по величине могут превосходить напряжения,
вызванные изгибом балки.
Отклонение от закона плоских сечений при
действии на балку поперечной нагрузки, не проходящей через центр изгиба, впервые обнаружил
экспериментальным путем в 1909 г. Бах [13].
Современная теория тонкостенных стержней возникла как частный случай из более общей теории В. З. Власова [14] и основана на
рассмотрении тонкостенного стержня как пространственной системы типа цилиндрической
или призматической оболочки с жестким профилем. Им были введены новые геометрические характеристики сечения, испытывающего депланацию, и новое внутреннее усилие –
84
в центре поворота, ограниченного радиус-векторами, определяющими положения начальной
точки отсчета дуг и текущим значением дуговой координаты s;
p(ξ) – длина перпендикуляра, опущенного
из центра поворота на направление касательной
к средней линии контура сечения в точке ξ;
u0 – осевое смещение в точке начала отсчета дуг.
Из (1) следует --">
Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля
В MSC Patran-Nastran
В. А. Жилкин
Около 2000 г. в России появилась новая отрасль строительной индустрии, ориентированная на изготовление несущих и ограждающих конструкций малоэтажных зданий различного назначения из легких
стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) из гнутых профилей, изготавливаемых из оцинкованной стали. Это потребовало разработки методов проектирования и исследования таких конструкций. Конечно-элементный (КЭ) расчет ЛСТК стандартными программными продуктами затруднен в связи с тем, что при
использовании стержневой аппроксимации они зачастую не учитывают стесненное кручение конструктивных элементов, что не позволяет точно определить напряженно-деформированное состояние конструкции.
Использование КЭ оболочки приводит к возрастанию числа узлов и элементов по сравнению со стержневой аппроксимацией в несколько раз, что нежелательно при расчете сложных конструкций. Это явилось
причиной разработки новых аналитических и численных методов расчета тонкостенных стержневых систем, создания специальных конечных элементов, имеющих не шесть, а семь степеней свободы (седьмая
степень свободы учитывает депланацию) сечения. MSC Patran-Nastran имеет конечный элемент CBEAM,
обладающий семью степенями свободы, однако процедура его использования в научной литературе не описана. В данной работе приводится методика использования элемента CBEAM и результаты сопоставления
численного анализа напряженно-деформированного состояния тонкостенного стержня открытого профиля
в условиях несимметричного нагружения при стержневой, оболочечной и трехмерной аппроксимациях.
MSC Patran-Nastran, при применении элементов CBEAM, позволяет, используя стержневую аппроксимацию
балок, выполнять расчеты балок открытого тонкостенного профиля на прочность и жесткость. Напряжения
и перемещения в точках поперечных сечений балки при стержневой аппроксимации не противоречат аналогичным величинам, найденным при оболочечной и трехмерной аппроксимациях.
Ключевые слова: тонкостенный стержень, депланация поперечных сечений балки, свободное и стесненное кручение, бимомент, секториальная площадь, секториальный момент кручения, MSC Patran-Nastran,
элемент CBEAM.
Историческая справка [12]
Для тонкостенных стержней открытого
профиля гипотеза плоских сечений применима
только в том случае, если равнодействующая
внешней нагрузки проходит через центр изгиба,
точку сечения, относительно которой момент
касательных сил, действующих в сечении при
поперечном изгибе, равен нулю. В этом случае
стержень испытывает только изгиб (без кручения). В противном случае при изгибе возникает
кручение. Если продольные перемещения точек
поперечных сечений балки не стеснены, то возникает чистое кручение, при котором в качестве
оси поворота сечения (оси кручения) может
рассматриваться любая ось, параллельная оси
стержня. Расчетные соотношения (значения
напряжений, жесткость на кручение и др.) не
зависят от выбора центра поворота сечений;
перемещения определяются с точностью до
движения стержня как твердого тела. В задачах
стесненного кручения, когда некоторые сечения
стержня закреплены, такой произвол отсутствует – ось кручения становится вполне определенной. Стесненное кручение приводит к возникновению нормальных напряжений, которые
по величине могут превосходить напряжения,
вызванные изгибом балки.
Отклонение от закона плоских сечений при
действии на балку поперечной нагрузки, не проходящей через центр изгиба, впервые обнаружил
экспериментальным путем в 1909 г. Бах [13].
Современная теория тонкостенных стержней возникла как частный случай из более общей теории В. З. Власова [14] и основана на
рассмотрении тонкостенного стержня как пространственной системы типа цилиндрической
или призматической оболочки с жестким профилем. Им были введены новые геометрические характеристики сечения, испытывающего депланацию, и новое внутреннее усилие –
84
в центре поворота, ограниченного радиус-векторами, определяющими положения начальной
точки отсчета дуг и текущим значением дуговой координаты s;
p(ξ) – длина перпендикуляра, опущенного
из центра поворота на направление касательной
к средней линии контура сечения в точке ξ;
u0 – осевое смещение в точке начала отсчета дуг.
Из (1) следует --">
- 1
- 2
- 3
- . . .
- последняя (6) »
Книги схожие с «Численный расчет тонкостенных стержней открытого профиля в MSC Patran-Nastran» по жанру, серии, автору или названию:
Другие книги автора «Виталий Жилкин»:
Виталий Афанасьевич Жилкин - Исследование деформированного состояния образцов из древесины в MSC Patran-Nastran Жанр: САПР |
Виталий Афанасьевич Жилкин - Расчет простого нахлёсточного соединения пластин в MSC Patran-Nastran Жанр: САПР |