Библиографическое описание:

Арискин М. В., Пыж Е. В. Исследования напряженно-деформированного состояния деревянных соединений // Молодой ученый. — 2013. — №11. — С. 65-68.

Создание современных строительных конструкций является одной из актуальных проблем, от решения которых зависит развитие строительной отрасли. В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства над этой проблемой работают ряд учёных [1], [2].

Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния соединения по расчетной схеме проводились методом конечных элементов (МКЭ). Степень точности решения задачи, как известно, зависит от величины размеров разбивочных элементов МКЭ [3], [4]. 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 рисунке 1а,б.

Основной целью на этапе разработки геометрической модели является создание адекватной конечно-элементной модели, состоящей из узлов и элементов. Разбивка на конечные элементы образца осуществлялась в два этапа. Первый этап  ̶ разбивка металлических частей с присвоением соответствующих свойств (рис. 1, а). Этап второй  ̶ разбивка деревянной части образца и присвоение ей соответствующих свойств. Внешний вид образца, разбитого на сетку конечных элементов, показан на рис. 1, б.

При создании адекватной математической модели одним из главных условий является приложение нагрузок и определение типа взаимодействия элементов. Приложение нагрузок производилось согласно расчетной схеме то есть равномерно распределенная нагрузка прикладывалась непосредственно на крайние элементы. Взаимодействие металла с древесиной производилось двумя различными следующим способом: когда рядом стоящие узлы в металлическом и деревянном элементе связываются между собой путем объединения соответствующих перемещений. Таким образом моделируется монолитность и целостность конструкции (т. е. связи, объединяющие древесину и стальную шайбу, могут воспринимать растягивающие и сжимающие напряжения).

Описание: 100-8-BG027

Описание: 100-8-BG026

а

б

Рис. 1. Разбивка на сетку конечных элементов: а  ̶ металлический болт с шайбами; б  ̶ соединение

Наложение граничных условий заключалось в том, чтобы ограничить перемещение деревянного образца по оси y. Ограничений для шайбы с болтом не требуются, т. к. болт с шайбой в программе рассматривается как абсолютный монолит (т. е. литая однородная структура), что позволило воссоздать податливость шайбы в направлении z по своим характеристикам, сходным с реальной работой шайбы.

Работа болта совместно с шайбой учитывалась только на восприятие распора. На смятие, растяжение и другие виды деформаций болт никакого влияния не оказывал.

Параметры рассчитываемого соединения соответствовали испытанному образцу под маркировкой ВШ-100–8-Б. Расчет производился при действии на образец равномерно распределенной нагрузки q равной 24,5 МПа.

Так как в расчете используется два материала — металл, и 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 исследованиям Ашкенази), свойства древесины задавались в местной системе координат.

В результате расчета были получены напряжения в крайних и среднем элементе (рис. 2–3).

а

б

Рис. 2. Изополя напряжений σх. а- средний элемент; б- все соединение

                        а                                                                               б

Рис. 3. Изополя напряжений σу: а — средний элемент; б- все соединение

При натурных испытаниях образца ВШ-100–8-Б был получен сдвиг среднего элемента относительно крайних, при расчете модели соединения так же были поли получены перемещения сдвига представленные на рис. 4

Описание: 100-8-BG019Описание: 100-8-BG017

Рис. 4. Перемещения среднего элемента относительно крайних

Таким образом, по средним значениям была построена теоретическая прямая нарастания сдвигов и наложена на соответствующий экспериментальный график результат показан на рис. 5

Рис. 5. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных: 1 — теоретическая прямая; 2 — экспериментальная кривая

Как видно из графика, угол наклона теоретической и экспериментальной линии не превышает 12 % в упругой стадии работы. В общем теоретические и экспериментальные данные достаточно хорошо согласуются друг с другом.

Литература:

1.                  Арискин М. В. Методика построения конечно-элементной модели [Текст] / М. В. Арискин, Е. В. Родина, Д. В. Гуляев // Молодой ученый. — 2013. — № 9. — С. 34–36.

2.                  Нежданов К. К., Гарькин И. Н. Способ проката двутаврового профиля сечения из низколегированной стали// Строительная механика и расчёт сооружений.: № 4 -2011,с.51–55 Москва ЦНИСК им.Курчеренко

3.                  Арискин М. В. К расчету несущей способности соединений на вклеенных шайбах [Текст] / М. В. Арискин, Д. В. Гуляев, Е. В. Родина // Молодой ученый. — 2013. — № 10. — С. 86–89.

4.                  Арискин М. В. Разработка методики экспериментальных исследований соединений деревянных конструкций с применением вклеенных стальных шайб [Текст] / М. В. Арискин, Е. В. Родина, Д. В. Гуляев // Молодой ученый. — 2013. — № 10. — С. 93–95.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle