English
Język Polski
Ocena efektowności różnych modeli numerycznych do wyznaczania momentów krytycznych belek sigma profilowanych na zimno
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2023.145269Abstrakt
Głównym celem pracy jest ocena przydatności modeli numerycznych belek stalowych wykonanych z cienkościennego profilu sigma formowanego na zimno z uwzględnieniem różnych opisów numerycznych pod kątem analizy wyboczenia. Analizy prowadzone są dla belki o profilu sigma o wysokości 140 mm i rozpiętości 2,20 m. Modele numeryczne Metody Elementów Skończonych (MES) są opracowywane w programie Abaqus. Warunki brzegowe modelowane są w postaci tzw. podpory widełkowej z wykorzystaniem ograniczeń przemieszczeń. Belki modelowane są przy użyciu powłokowego elementu skończonego S4R z liniową lub kwadratową funkcją kształtu. Utrata stateczności lokalnej i globalnej jest badana za pomocą liniowej analizy wyboczeniowej i jest weryfikowana przez porównanie z teoretycznym krytycznym momentem zginającym uzyskanym z analitycznych wzorów opartych na tzw. teorii belek Własowa, dedykowanej dla elementów cienkościennych. Dodatkowo dla prostego modelu powłokowego (płytowego), dla wydzielonej części przekroju w postaci ścianki (pas lub środnik) przeprowadzana jest analiza wyboczeniowa z wykorzystaniem Metody Elementów Brzegowych (MEB). Prowadzona jest również dyskusja dotycząca uproszczeń geometrycznych w przekroju sigma zgodnie z założeniami teoretycznymi. Szczególną uwagę zwrócono na krytyczny moment zginający obliczony na podstawie belkowej teorii Własowa, która nie uwzględnia utraty stateczności lokalnej ani deformacji konturu. Z drugiej strony badane są numeryczne modele powłokowe MES i MEB, które umożliwiają multimodalną analizę wyboczeniową z uwzględnieniem wyboczenia interaktywnego. W artykule wartość własna i kształt postaci wyboczeniowych dla wybranych modeli numerycznych są obliczane dla trzech pierwszych postaci wyboczeniowych, natomiast wartości krytyczne momentów zginających są identyfikowane na podstawie wartości własnej otrzymanej dla pierwszej postaci wyboczeniowej.Bibliografia
[1] O.C. Zienkiewicz, The finite element method in engineering science. London: McGraw Hill, 1977.
[2] Z. Waszczyszyn, C. Cichoń, and M. Radwańska, Stability of Structures by Finite Element Methods. Amsterdam: Elsevier, 1994.
[3] L. Gardner, “Stability and design of stainless steel structures - Review and outlook”, Thin-Walled Structures, vol. 141, pp. 208-216, 2019, doi: 10.1016/j.tws.2019.04.019.
[4] L. Zhang and O. Zhao, “Experimental and numerical study of press-braked S690 high strength steel slender channel section columns prone to local-flexural interactive buckling”, Engineering Structures, vol. 264, art. no. 114468, 2022, doi: 10.1016/j.engstruct.2022.114468.
[5] D. Dubina, D. Goina, M. Georgescu, V. Ungureanu, and R. Zaharia, “Recent research on stability analysis of thin-walled cold-formed steel members”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 46, no. 103, pp. 172-173, 1998.
[6] C. Szymczak, “Sensitivity analysis of thin-walled members, problems and applications”, Thin-Walled Structures, vol. 41, no. 2-3, pp. 271-290, 2003, doi: 10.1016/S0263-8231(02)00091-5.
[7] T. Karman, E.E. Sechler, and L.H. Donnel, “Strength of thin plates in compression”, Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, vol. 54, pp. 53-57, 1932.
[8] A. Garstecki and K. Rzeszut, “Modeling of initial geometrical imperfections in stability analysis of thin-walled structures”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol. 47, no. 3, pp. 667-684, 2009.
[9] K. Rzeszut, I. Szewczak, and P. Różyło, “Issues of thin-walled sigma beams strengthened by CFRP tape in context of experimental and numerical study”, Engineering Transaction, vol. 66, no. 1, pp. 79-91, 2018.
[10] PN-90/B-03200 Steel structures-static calculations and design (in Polish).
[11] American Iron and Steel Institute, Specification for the design of cold-formed steel structural. 1996.
[12] J. Bródka, M. Broniewicz and M. Giżejowski, Cold-formed profiles. Designer handbook. Poland: PWT, 2006.
[13] R. Szczerba, “Load capacity and stability of steel C-section beams”, Civil Engineering and Architecture, vol. 12, no. 2, pp. 283-290, 2013 (in Polish).
[14] G. Shi, “Flexural vibration and buckling analysis of orthotropic plates by the boundary element method”, International Journal of Solids and Structures, vol. 26, no. 12, pp. 1351-1370, 1990, doi: 10.1016/0020-7683(90)90083-8.
[15] N. Babouskos and J.T. Katsikadelis, “Flutter instability of damped plates under combined conservative and nonconservative loads”, Archive of Applied Mechanics, vol. 79, pp. 541-556, 2009.
[16] B. Chinnaboon, S. Chucheepsakul, and J.T. Katsikadelis, “A BEM-based meshless method for buckling analysis of elastic plates with various boundary conditions”, International Journal of Structural Stability and Dynamics, vol. 7, no. 1, pp. 81-89, 2007.
[17] J.T. Katsikadelis and N.G. Babouskos, “Nonlinear flutter instability of thin damped plates: A solution by the analog equation method”, Journal of Mechanics of Materials and Structures, vol. 4, no. 7-8, pp. 1395-1414, 2009, doi: 10.2140/jomms.2009.4.1395.
[18] M. Guminiak, “An alternative approach of initial stability analysis of Kirchhoff plates by the boundary element method”, Engineering Transactions, vol. 62, no. 1, pp. 33-59, 2014.
[19] M. Guminiak, The boundary element method in analysis of plates. Poznan: Poznan University of Technology Publishing House, 2016.
[20] K. Rzeszut and I. Szewczak, “Experimental studies of sigma thin-walled beams strengthen by CFRP Tapes”, International Journal of Civil, Environmental, Structural, Construction and Architectural Engineering, vol. 11, no. 7, pp. 888-895, 2017, doi: 10.5281/zenodo.1131171.
[21] B. Kawecki, “Guidelines for FEM modelling of wood-CFRP beams using ABAQUS”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 4, pp. 175-191, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.138493.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
