Библиографическое описание:

Арискин М. В., Гуляев Д. В., Агеева И. Ю., Гарькин И. Н. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния элементов соединений на вклеенных шайбах // Молодой ученый. — 2013. — №2. — С. 27-31.

В основе рассматриваемого соединения лежит деревянный элемент (доска, брус) [1] с вклеенными в него с двух противоположных сторон шайбами. Усилие на элемент передаются через сдвиговые силы, действующие непосредственно на шайбы. В общем случае в соединении могут быть либо один такой элемент (при присоединении его к узлу с помощью стальных накладок), либо несколько, когда в узел сходится два, три или более элементов с вклеенными шайбами. В работах [1,2,3,4,5] отмечалось что, экспериментальные исследования показали, работу соединений с передачей усилия через стальные пластины или посредством смежных с двух сторон деревянных элементов с вклеенными шайбами практически не отличаются между собой. Поэтому для достижения поставленных целей можно ограничиться изучением напряженно-деформируемого состояния одного деревянного элемента с вклеенными стальными шайбами.

В общем виде расчетная схема многорядных соединений на вклеенных шайбах, принятая для теоретического исследования задачи о напряженно-деформируемом состоянии деревянного элемента показана на рис. 1.

Образец представляет собой соединение из деревянного элемента прямоугольного сечения с вклеенными в него стальными шайбами, нагрузка на образец передается через металлическую раму по средством стяжных болтов, сначала на в клееные шайбы, а потом на деревянный образец.

Шайбы монолитно вклеены в деревянный элемент и поэтому до определенного момента нагружения образца работает совместно с древесиной, т. е. по всему контуру шайбы могут возникать как растягивающие так и сжимающие напряжения. В этом случае имеем дело с одной постановкой задачи, когда связь шайб с древесиной двухсторонняя (способность воспринимать напряжения сжатия и растяжения).

Рис. 1. Расчетная схема многорядного соединения на вклеенных шайбах


При определенном уровне нагружения растянутые связи между шайбами и древесиной теряют прочность (шайба получила сдвиг), тогда совместность работы шайб с древесиной обеспечивается только сжимающими контактными напряжениями. Это другая постановка задачи которая в данной статье не рассматривается.

Образец, работающий на сжатие (растяжение) под воздействием нагрузки, оказывается в условиях объемного напряженного состояния, которое характеризуется шестикомпонентным вектором напряжений

= |x, y, z, xy, xz,yz|

Для перехода от физической модели к математической принимается расчетная схема показанная на рис.1.

Монолитность соединения модели математически описывалось как связывание соответствующих узлов по всем степеням свободы.

Все расчеты были выполнены в программном комплексе ANSYS [6,7,8] ЛИЦЕНЗИЯ № 32413840 от 21.12.2008 г [9] (предоставленная ООО НПП «Геотек»).

Для моделирования металлической шайбы и деревянного элемента был использован конечный элемент Solid92 [6,26] (рис.2).

Рис. 2. Вид конечного элемента Solid92: а)- конечный элемент Solid92; б)- выдача усилий в элементе Solid92.


Свойства материала требуются для большинства типов элементов. В зависимости от области применения, свойства могут быть линейными, нелинейными или анизотропными. Анизотропные свойства для материалов задаются в матричном виде либо в местной либо в глобальной системе координат (рис.3).

Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния соединения по расчетной схеме (рис.1) проводились методом конечных элементов (МКЭ). Степень точности решения задачи, как известно, зависит от величины размеров разбивочных элементов МКЭ [7]. При этом от этого существенно зависит и громоздкость вычислительных операций, поскольку с увеличением количества конечных элементов существенно возрастает количество неизвестных. Для расчетов принято разбивочная сетка МКЭ, изображенная на рис.3.

Рис.3. Разбивка элемента на сетку МКЭ: а) металлической обоймы с болтами; б) деревянного элемента.


Параметры образцов, подвергаемых теоретическому расчету, назначались исходя из поставленных целей и приведены в табл. 1.

Таблица 1

Диаметр

S, шаг, мм

H, высота, м

B, толщина, мм

A, ширина, мм

T, толщина шайб, мм

D-60

120

180

-

470

650

-

120

200

10

D-80

120

160

240

470

590

830

120

200

10

D-100

120

200

300

470

710

1010

120

200

10


Расчет производился при действии на образец силы равной P= 50000 Н,(391000000 Па.) на верхнею площадку металлической обоймы согласно рис..1.

Так как в расчете используется два материала — металл, древесина, то в дальнейшем будут приниматься характеристики:

  • металла Ех=210 ГПа, μ=0,3

  • древесины Ех=16000 МПа, μyx =0,5; Еу=1000 МПа, μzy =0,2; Еz=500 МПа, μzx=0,02; Gxy=1180 МПа, Gyz=690 МПА, Gхz=670 МПа (согласно исследований Ашкенази [10]), свойства древесины задавались в местной системе координат (рис.1).

Кроме того, результаты расчета образцов позволяют определить безопасные предельно допустимые конструктивные параметры шаг расстановки шайб вдоль и поперек образца (S1,S2), а также минимальные размеры образца axbxc при различных Dш и t.

Результаты расчетов по программе Ansys при данных, описанных выше, приведены в виде изополей распределения напряжений.

Рис. 4. Деформаций образца; а) общий вид; б) металлическая обойма

Рис.5. Деформаций образца; а-напряжений x; б- напряжений y;в- напряженийz; г-напряжений τxy д-напряжений τxz;е-напряжений τyz


Как видно из изополей, напряжения распределяются неравномерно и для детального изучения данного распределения необходим боле детальный анализ полученных данных. Данный анализ будет предложен в следующих статьях.


Литература:

  1. Арискин М. В., Вдовин В. М. Соединения на вклеенных стальных шайбах / М. В. Арискин, В. М. Вдовин// Эффективные строительные конструкции: Теория и практика: сборник статей III Международной научно-технической конференции. Пенза: ПГУАС, Общество «ЗНАНИЕ» России, Приволжский дом знаний, 2004. С. 175–177.

  2. Арискин М. В. Экспериментальные исследования соединений на вклеенных шайбах / М. В. Арискин, В. М. Вдовин // Студенческая наука — интеллектуальный потенциал ХХI века: сборник рефератов докладов научно-технической конференции. Пенза: ПГУАС, 2005. С. 35.

  3. Арискин М. В., Вдовин В. М. Кравцов С. Ю. Экспериментальные исследования соединений на вклеенных стальных шайбах / М. В. Арискин, В. М. Вдовин, // Эффективные строительные конструкции: Теория и практика: сборник статей IV Международной научно-технической конференции. Пенза: ПГУАС, Общество «ЗНАНИЕ» России, Приволжский дом знаний, 2005. С. 147–152.

  4. Арискин М. В., Вдовин В. М., С. Ю. Кравцов. К оценке работы несущей способности соединений на вклеенных шайбах / М. В. Арискин, В. М. Вдовин, С. Ю. Кравцов // Эффективные строительные конструкции: Теория и практика: сборник статей V Международной научно-технической конференции. Пенза: ПГУАС, Общество «ЗНАНИЕ» России, Приволжский дом знаний, 2006. С. 18–23

  5. Арискин М. В., Вдовин В. М., Кравцов С. Ю. Клееметаллические соединения в несущих деревянных конструкциях / М. В. Арискин, В. М. Вдовин, С. Ю. Кравцов // Региональная архитектура и строительство. 2007. № 1 (2). С. 18–23

  6. Агапов В. П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости конструкций. Учебное пособие. М., издательство АВС, 2004г.

  7. Чигарев А. В., Кравчук А. С. ANSYS для инженеров: справочное пособие. М., Машиностроение-I, 2004 г.

  8. Басов К. А. ANSYS для конструкторов. Издательство «ДМК-пресс», М.,2009г.

  9. Лицензия [Электронный ресурс]: [сайт]. [2012]. Url:http://www.http://www.npp-geotek.ru/documents/licenses/licensansys/ (дата обращения 06.09.2012)

  10. Ашкенази Е. К., Ганов Э. В. Анизотропия конструкционных материалов. Справочни., Ленинградское отделения издательства «машиностроение»,1980г.

Основные термины: деревянного элемента, вклеенных шайбах, вклеенных стальных шайбах, Экспериментальные исследования соединений, Эффективные строительные конструкции, Международной научно-технической конференции, Приволжский дом знаний, конечный элемент solid92, Теоретические исследования напряженно-деформированного, исследования напряженно-деформированного состояния, конечных элементов, вклеенными шайбами, стальными шайбами, сборник статей, деревянный элемент, вклеенными стальными шайбами, деревянного элемента прямоугольного, противоположных сторон шайбами, состояния элементов соединений, состоянии деревянного элемента

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle