Анализ простой фермы в SW simulation

[Cavalryman 12]

Здравствуйте.

В домашнем, так скажем, хозяйстве есть необходимость соорудить сварную, двухметровую люминиевую ферму, способную, по первоначальному плану, держать 3 тонны на конце.

Сечение - предпочтительно треугольное, но можно и квадратное.

Нормальная высота (высота треугольника, сторона квадрата) между несущими балками фермы - не более 45 см.

Сталь не катит.

Я нарисовал в Solidworks треугольную ферму типа такой: <noindex>http://www.appliednn.com/pdfs/Ultra_...ngle_Truss.pdf</noindex>

В симуляции прикрепил, нагрузил - держит одну тонну максимум. Самое слабое место конструкции - ближайшая к зафиксированной стороне диагональ фермы. В том месте, где диагональ примыкает к балке программа нарисовала очень маленькое красное пятнышко. Верхняя диагональ, как видно на рисунке, тоже на грани. (FOS = 1, если достигнут предел текучести)

<noindex></noindex> <noindex></noindex>

Нарисовал ферму с квадратным сечением. Несущие балки имеют меньшую нагрузку, но самое слабое место конструкции осталось там же, при чем значение не изменилось почти. Выигрыш от четвертой балки нулевой.

<noindex></noindex> <noindex></noindex>

Несущая балка: 45 х 3

Диагонали: 20 х 3

Материал: 6082 Т6 (AlSi1MgMn)

Предел текучести взял 215 МПа

Все треугольники равносторонние

Подскажите пожалуйста, жизненно ли программа определила место "отказа" ?

Что нужно сделать с диагоналями, чтобы в случае с квадратной фермой, они не являлись слабейшим местом (толщина стенки, сечение) ? Не могу взять слишком толстые, ибо они будут пересекаться.

Есть ли смысл рассматривать другие сечения фермы, чтобы выйти на 3 тонны или просто утолщать и увеличивать треугольную/квадратную ферму.

[VOleg 228]

Для начала нужно повторить расчеты с другими значениями сетки. (В хелпе это рекомендуется чуть ли не обязательным условием).

Ну и можно провести расчеты с помощью "Рамы" - в интернете можно скачать. Старенькая простенькая программа, но вроде хорошо считает фермы...

К сожалению, у меня дома сейчас Солид не установлен...

[Гость]

Вы как считали? Как раму? Как ферму? Или солидами?

Результаты не будут во всех трех случаях одинаковыми.

Обычно в классической ферменной конструкции (как у вас), пояса-раскосы работают на растяжение-сжатие.

Согласно законам сопромата, напряжения будут максимальными у заделки. Это и без МКЭ очевидно.

Проверяли стержни на устойчивость? Хотя для таких размеров это может и несущественно.

Насчет допускаемых напряжений. Люминий, а допускаемые примерно на пределе текучести Ст3?

Расстояние между сварными швами приварки раскосов какое? они не должны впритык быть.

[Cavalryman 12]

VOleg,

Попробовал с другими значениями сетки: результат лишь слегка плавает, но суть остается. Кстати, открыл для себя, что не надо отмечать галочкой Advanced Settings... сетка создается без проблем.

Сейчас поищу программу, которую вы посоветовали. Спасибо.

katalex-3,

Вы как считали? Как раму? Как ферму? Или солидами?

Результаты не будут во всех трех случаях одинаковыми. Обычно в классической ферменной конструкции (как у вас), пояса-раскосы работают на растяжение-сжатие.

Считал солидами, с балками (treat as beam) не досуг было разобраться. На данный момент, кстати, комп считает очень долго, это и не позволяет мне поиграться с разными вариантами компоновок балок-раскосов. Да, хочется сделать классическую ферму, чтобы только растяжение или только сжатие.

Проверяли стержни на устойчивость? Хотя для таких размеров это может и несущественно.

нет, не проверял.

Люминий, а допускаемые примерно на пределе текучести Ст3?

Мда... действительно странно. Хотя вот тут (вторая страница) говорится, что предел текучести 230 МПа <noindex>http://www.sapagroup.com/pages/494853/Broc...lloy%206082.pdf</noindex>

Расстояние между сварными швами приварки раскосов какое? они не должны впритык быть.

У меня в модели 3мм - это никуда не годиться наверное ? Там центральные линии раскосов замыкаются на центральной линии силовой балки (трубы). Есть ли смысл пожертвовать данным построением и разнести раскосы подальше ?

Что бы Вы сделали, чтобы увеличить прочность "конструкции" ? Утолщали бы стенки/сечения или добавляли бы дополнительные элеметны ?

[Гость suvorov.as]

Считал солидами

Это лишнее. Посчитайте балками и вы забудите о маленьких красненьких классических пятнышках.

[Гость]

Это лишнее. Посчитайте балками и вы забудите о маленьких красненьких классических пятнышках.

Допускаемые напряжения раза в 4-5 меньше предела текучести и можно забыть о концентраторах напряжений.

Что на этой ферме будет висеть?

Между сварными швами - не менее 50 мм возьмите и плюньте на точность, у вас запас будет.

Считайте как ферму или как раму, время расчета будет порядка десятков секунд, а не минут.

Добавление элементов в ферму? Это как? В ней есть все необходимое.

Увеличьте расстояние между поясами - возрастет жесткость, упадут напряжения, так учит строймеханика.

Толщина стенки на жесткость не особо повлияет. А для снижения напряжений - увеличение геометрии. Оно наверно и по массе будет лучше.

[Cavalryman 12]

suvorov.as,

Ок, буду читать докУмент.

katalex-3,

Ну, эта ферма элемент конструкции некоего плота, по краям фермы будет (если будет...) два понтона. Возможен сценарий, как мне сказали, что под одним из понтонов резко пропадает или появляется вода (волны, типа) и есть миг, при котором балка нагружается так, как у меня в симуляции. Я особо не вдавался в подробности, ибо меня заинтересовала сама задача - промоделировать ферму с заданными граничными условиями: на одной стороне зафиксировать, на другую повесить 3 тонны. Ферма как можно легче. Разнос между силовыми балками (продольные трубы) по вертикали - не более полуметра, лучше меньше. "Расширять" можно сколько угодно.

Между сварными швами - не менее 50 мм возьмите и плюньте на точность, у вас запас будет.

Понял, спасибо. Было вот так (если я не сумел сформулировать правильно):

Добавление элементов в ферму? Это как? В ней есть все необходимое.

Ну как-то же надо сделать, чтобы она выдержала эту мега нагрузку. :)

Увеличьте расстояние между поясами - возрастет жесткость, упадут напряжения, так учит строймеханика.

Толщина стенки на жесткость не особо повлияет. А для снижения напряжений - увеличение геометрии.

Увеличить расстояние между поясами - это разнести продольные трубы на бОльшее расстояние ?

По вертикали (нагрузка может быть как вниз, так и вверх) силовые трубы можно разнести только на 50 см. Сейчас - 435 мм. Жесткость не главное, а снижение напряжений нужно. Попробую увеличить сечения как раскосов, так и труб. С толщиной поиграюсь - доложу.

katalex-3, спасибо за информацию !

Изменено 30 августа 2012 пользователем Cavalryman

[Гость suvorov.as]

suvorov.as,

Ок, буду читать докУмент.

Лучше день потерять, потом за пять минут долететь!

Толщина стенки на жесткость не особо повлияет.

Вообще повлияет на прочность. Это же ферма, если она правильно спроектирована, то работает на растяжение сжатие. При этом напряжения в стержнях пропорциональны площади сечения стержня.

[Гость]

Вообще повлияет на прочность. Это же ферма, если она правильно спроектирована, то работает на растяжение сжатие. При этом напряжения в стержнях пропорциональны площади сечения стержня.

Верно.

В данном случае при стеснении по габаритам только утолщением и спасаться.

Только вот как у вас сделана приварка труб - это довольно нетехнологично и сложно может быть. При массовом производстве приваривают косынки, к ним трубы окуполенные (концы обжаты на сферу). Видел конструкцию, в которой раскосы - это согнутая зигзагом труба, приваренная к поясам в местах перегибов.

Еще что хотел сказать. Если все это в воде, то не забывайте, что вода при замерзании расширяется. Натекет внутрь трубок, если швы будут негерметичны, и порвет. Решайте сами как этого избежать. Также не забывайте про коррозию. Было бы хорошо трубы изнутри как-нибудь прогрунтовать. Хотя у вас же алюминий. Вода морская?у

Полистайте Соколова, у него глава есть про фермы.

"Строительная механика и металлические конструкции машин: учебник. Соколов С.А."

Или старого Гохберга, на торрентах есть.

[soklakov 1 475]

Ну, эта ферма элемент конструкции некоего плота, по краям фермы будет (если будет...) два понтона. Возможен сценарий, как мне сказали, что под одним из понтонов резко пропадает или появляется вода (волны, типа) и есть миг, при котором балка нагружается так, как у меня в симуляции.

Строго говоря, задача является динамической. Вы же выполняете статический расчет. Не расстраивайтесь, если потом плот сломается или наоборот, будет необоснованно тяжелым.

Но:

Я особо не вдавался в подробности, ибо меня заинтересовала сама задача - промоделировать ферму с заданными граничными условиями: на одной стороне зафиксировать, на другую повесить 3 тонны.

Ферма как можно легче. Разнос между силовыми балками (продольные трубы) по вертикали - не более полуметра, лучше меньше. "Расширять" можно сколько угодно.

...

Попробую увеличить сечения как раскосов, так и труб. С толщиной поиграюсь - доложу.

В такой формализованной задаче Вам, в принципе, уже все подсказали. Сечения раскосов особой роли не играют, они лишь обеспечивают разнесение в пространстве элементов, несущих основную нагрузку, но их надо проверять на устойчивость. Хотя бы по Эйлеру прикинуть.

Для основных элементов немного эффективнее будут тавры, но тут важнее технологичность.

Расширение фермы только ест материал на раскосы, а несущую способность не увеличивает. А вот если добавлять продольные трубы, то повысит, но это все равно что их сечение увеличивать. Самый эффект, конечно, рост по вертикали, там в третьей степмени растет несущая способность, но Вы в ней ограничены. Тем не менее, имеет смысл выбрать все оставшееся до полуметра, если масса действительно критична.

[Cavalryman 12]

katalex-3, suvorov.as,

Да, вы правы - балки рулят. Спасибо! Время просчета сократилось больше чем на порядок. Удобно нагружать конструкцию по узлам, центры напряжений в раскосах пропали, плюс видел всякие инструменты, где можно смотреть, что происходит с каждым элементом конструкции, о чем еще читать надо много, конечно.

Только вот как у вас сделана приварка труб - это довольно нетехнологично и сложно может быть. При массовом производстве приваривают косынки, к ним трубы окуполенные (концы обжаты на сферу).

Еще что хотел сказать. Если все это в воде, то не забывайте, что вода при замерзании расширяется. Натекет внутрь трубок, если швы будут негерметичны, и порвет. Решайте сами как этого избежать. Также не забывайте про коррозию. Было бы хорошо трубы изнутри как-нибудь прогрунтовать. Хотя у вас же алюминий. Вода морская?у

Полистайте Соколова, у него глава есть про фермы.

"Строительная механика и металлические конструкции машин: учебник. Соколов С.А."

Или старого Гохберга, на торрентах есть.

Трубу обжать на полусферу... посмотрел быстро в гугле что это. Там пресс, матрица и вообще. Вряд ли у нас будет такое. Хотя, даже если приваривать так, как в модели, то концам труб надо будет как-то придать форму, чтобы раскосы легли и "обняли" пояса. Тут я еще уточню, что есть, а чего нету.

Вода пресная будет. На зиму, наверняка, это нечто будет лежать разобранным, в помещении. Наверное, надо будет конструкцию красить чем-то защитным именно от попадания воды в сварные швы.

На выходных обязательно просмотрю материал, который Вы мне посоветовали, спасибо :)

Строго говоря, задача является динамической. Вы же выполняете статический расчет. Не расстраивайтесь, если потом плот сломается или наоборот, будет необоснованно тяжелым.

Не-не-не, не надо... если он развалится - мне будет позор (в лучшем случае). :)

Если уж говорить про условия задачи, то там довольно странно. Если по концам фермы мы поставим два понтона, сверху положим 1.5 тонны. Кстати, я забыл сказать, оказалось, что реальная нагрузка полторы тонны, мне выдали уже с "запасом". Итак, сверху кладем полторы тонны, по краям понтоны. В этом случае, нагрузка, типа, распределенная. При каких условиях ферма может испытать момент в 30 кН (один конец закреплен, на другом 1.5 тонны) ? Имеющаяся ферма держит 4 тонны распределенной нагрузки:

<noindex></noindex>

Есть конечно волны, которые будут выталкивать понтон согласно с архимедовой силой и если ускорение будет равняться 2 жэ, то получаем три тонны... мда, интересно все это.

В такой формализованной задаче Вам, в принципе, уже все подсказали. Сечения раскосов особой роли не играют, они лишь обеспечивают разнесение в пространстве элементов, несущих основную нагрузку, но их надо проверять на устойчивость. Хотя бы по Эйлеру прикинуть.

Для основных элементов немного эффективнее будут тавры, но тут важнее технологичность.

Расширение фермы только ест материал на раскосы, а несущую способность не увеличивает. А вот если добавлять продольные трубы, то повысит, но это все равно что их сечение увеличивать. Самый эффект, конечно, рост по вертикали, там в третьей степмени растет несущая способность, но Вы в ней ограничены. Тем не менее, имеет смысл выбрать все оставшееся до полуметра, если масса действительно критична.

Ясно, спасибо, что перечислили все варианты в одном посте.

А тавры, кстати, идея. К ним даже удобнее, чем к трубам, будет настил крепить.

На данный момент пришел к следующему:

- Сделать ферму из алюминия при заданных граничных условиях невозможно. Имеющаяся держит 1.5 тонны с коеффициентом безопасности единица, что никуда не годится.

<noindex></noindex>

- Если хотим три тонны, то расширяем границу по вертикали до 60 см, увеличиваем сечение и толщину поясов и спокойно имеем три тонны (уже смоделировал такую). Весить будет всего 21 кг.

[Гость suvorov.as]

- Сделать ферму из алюминия при заданных граничных условиях невозможно. Имеющаяся держит 1.5 тонны с коеффициентом безопасности единица, что никуда не годится.

Алюминии разные бывают.

Вот хороший сплав В95

<noindex>http://www.splav.kharkov.com/mat_start.php?name_id=1448</noindex>

st=400МПа