Расчет узла фермы

[GrandArmand 9]

Добрый день уважаемые инженеры-расчетчики!

Потребовалось мне расчитать прочность узла фермы. Опыт расчетов в SOLIDWORKS SIMULATION благо небольшой имеется. Чтобы ускорить процесс расчета половину деталей узла завел оболочками.

Материал всех пластин: Сталь 09Г2С

Материал деталей нижнего пояса фермы и раскосов: Сталь 3

Толщина деталей нижнего пояса 5мм.

Толщина деталей раскосов 4мм.

Толщина ребер фланца: 10мм.

Взаимодействия: глобальный - контакт; остальные взаимодействия - связанный. Не связывал соответственно пластины 20мм и 30мм между собой, т.к. они стягиваются болтами высокопрочными м24 из стали 40х - это фрикционное соединение получается.

Смоделировал болтовые соединения стандартным инструментом "Цековка", добавил всю необходимую информацию.

Диаметр головки болта: 39,98мм,

Диаметр тела болта: 24мм

Площадь прочности при растяжении: 353мм2

Предварительная загрузка по оси: 320677Н

Зафиксировал от перемещений нижнюю поверхность средней пластины. Посоветуйте пожалуйста, как правильно фиксировать в подобных расчетах.

Приложил нагрузку к граням деталей нижнего пояса: левый торец 33000кгс, правый торец 29000кгс. Т.е. силы пытаются разорвать болты.

Делаю сетку таким образом чтобы в сечении пластин было не менее 3х конечных элементов.

Запускаю расчет и сразу ошибка.

Файлы прикладываю.

 

Направьте на путь истинный, поделитесь пожалуйста опытом уважаемые @Fedor, @piden, @Jesse, @jtok и все кто может помочь.

Узел 10.STEP Узел 10.SLDPRT

Сразу скажу что сетку на основе кривизны делал. А также мельчил сетку в районе граней отверстий. Ничего из этого не помогло.

[jtok 1,060]

3 часа назад, GrandArmand сказал:

Приложил нагрузку к граням деталей нижнего пояса: левый торец 33000кгс, правый торец 29000кгс. Т.е. силы пытаются разорвать болты.

Деталь не открыл, будущая версия, хотя у меня 24й. Не угнаться(

 

Про "Сбой переноса для цековки..."

Иногда лечится созданием нового упражнения того же типа и переносом мышью (drag & drop) разделов из одного упражнения в другое. Разделами считаются папки ""Соединения", "Крепления", "Внешние нагрузки", "Тела/Оболочки" и т.п. Прям за них берете и таскаете мышью из одного упражнения в другое.

 

Иногда помогает правой кнопкой по упражнению -> "Обновить все компоненты". Это помогает, если вы создали упражнение, поработали с ним, поправили геометрию и опять вернулись к упражнению.

Скрытый текст

 

Теперь по расчету. Для начала определится бы с нагрузкой и ГУ ("креплениями").

 

У вас в узел пришли нижний пояс, стойка и два раскоса.

Узел должен быть в равновесии сил, т.е. сумма сил на оси ОХ и ОУ должны быть равны нулю (если его ничего другое не держит, как я вижу из модели. Бывают связи вдоль цеха может идут по нижнему поясу и в узле они не отображены просто).

Если у вас налево 33тс, а направо 29тс, а на раскосы и стойки 0, то узел не в равновесии, 4тс его тянет налево, следовательно, закреплять его (накладывать граничные условия) за центральную косынку будет неверно, эти 4тс будут восприниматься ею, что в реальности не так.

Скорее всего, у вас есть усилия в раскосах и стойке, и если их учесть и спроецировать на оси ОХ и ОУ, то они и дадут в сумме 0 и узел будет в равновесии, но пока этого в исходных нет.

 

Предположим, что у вас в стойке и раскосах продольные усилия равны 0.

Тогда я бы предположил, что в нижнем поясе продольное усилие 33тс.

В этом случае я бы закрепил допустим левый торец нижнего пояса (пусть даже жестко):

Скрытый текст

...а на правую часть нижнего пояса дал силу вправо равную 33тс (важно - параметр должен быть "Всего", а не "На объект" , как по умолчанию):

Скрытый текст

Таким образом мы в нижнем поясе моделируем это продольное усилие, а все косынки в узле свободны, как им и должно.

 

Далее, глобальный контакт - связанный.

И два локальных контакта (нет проникновения) на границах граней фланцев нижнего пояса - левый:

Скрытый текст

 

...и правый:

Скрытый текст

 

Осталось задать болты и можно считать.

Важно у болтов - нужно задать параметр "Серия болта", т.к. у вас в пакете три косынки, и выбрать там цилиндрическую грань средней косынки, иначе она не будет участвовать в болтовом соединении.

Скрытый текст

Сетку с кривизной ,чтобы в районе отверстий болтов (где окружности) сетка была плотнее.

Скрытый текст

Там, где плоскости (элементы фермы, косынки) оставляем по дефолту.

 

Готово, напряжения мембранные, в элементах:

Скрытый текст

Всем спасибо, это было мое имхо и субъективное мнение.

Приложил модель расчетную. В ней нужно править характеристики болтов и материал модели. Остальное вроде по заданию.

 

ЗЫ: Я такие узлы не считаю, для чего видеть напряжения во всех этих железках? Посчитал стержнями ферму, получил усилия в элементах фермы, подобрал им сечения, вот и все. Болты на 33тс во фланце можно посчитать на бумашке. Сварные швы тоже на бумашке.

Узел 10 - 2024.zip

Edited April 23 by jtok

[soklakov 1,492]

15 часов назад, GrandArmand сказал:

Посоветуйте пожалуйста, как правильно фиксировать в подобных расчетах.

постепенно.

 

сначала все заделано, связано, приклеено. потом потихоньку начинаете отпускать модель и смотреть, как изменяется поведение. если ожидаемо - значит изменение удалось. если на очереденом шаге в поведении аномалия, значит надо улушать настройки.

 

о каких изменениях речь, думаю, весьма очевидно - повышение или снижение напряжений в определенных областях, изменений усилий, перемещений.

 

при попытке за раз задать "все как в реальности", скоре всего, вы получите почти случайный результат, который не сможете интерпретировать.

11 часов назад, jtok сказал:

Предположим, что у вас в стойке и раскосах продольные усилия равны 0.

а зачем они тогда нужны?

[jtok 1,060]

42 минуты назад, soklakov сказал:

а зачем они тогда нужны?

Если в них 0, то не нужны. В первом сообщении данных об усилиях в них не увидел.

 

Но как правило в фермах усилия в раскосах нулевыми не бывают, они соединяют верхний сжатый и нижний растянутый пояса и придают "жесткость" ферме в её плоскости.

Самый нагруженный раскос как правило у опоры. Чем ближе к середине пролета фермы - усилия уменьшаются.

 

Если ТС считал саму ферму (как то он же получил значения 33тс и 29тс), то для полноты картины нужно бы задать усилия и в раскосах и в стойке.

Но тогда мой вариант тупого защемления левого торца не пойдет, там будет возникать момент от усилий в раскосах, которого на самом деле нет.

[jtok 1,060]

А если этот узел пополам вдоль попилить,  то считается раза в 4 быстрее:

Скрытый текст

 

Узел 10 - 2024 - половина.zip

[GrandArmand 9]

Добрый день!

@jtok и @Jesse благодарю за обратную связь. В раздумьях был вчера и сегодня. Да, действительно, усилия в стержнях я брал из результатов SCADа. Задал вопрос спецам SCADа про то почему в стержнях слева и справа настолько разные значения усилий. Мне ответили, что для того чтобы в расчет взять уточненные усилия нужно нагрузки брать не с целого стержня нижнего пояса между узлами (как это я сделал), а от узла отступить 50мм влево и вправо и усилия взят с этих стерженьков. Что я и сделал. И получил усилия (см. файл image.png). В левом стерженьке получилось 30,85тс, в правом стерженьке 30,79тс. И да, вы правы, в раскосах и стойке тоже есть усилия как во всех фермах. Просто я не вводил их в расчетную схему, пренебрег так сказать для первой итерации, решил опробовать на двух нагрузках в стержнях, получил ошибки и пошел сюда к вам. Подскажите, что сейчас делать со всеми этими усилиями и как правильно закрепить узел? 

24.04.2026 в 04:50, jtok сказал:

Я такие узлы не считаю, для чего видеть напряжения во всех этих железках? Посчитал стержнями ферму, получил усилия в элементах фермы, подобрал им сечения, вот и все. Болты на 33тс во фланце можно посчитать на бумашке. Сварные швы тоже на бумашке.

У меня не хватает знаний чтобы считать эти узлы вручную. Буду благодарен если вы порекомендуете качественную литературу, где подробно разобраны подобные узлы. В идеале, я бы хотел научиться полностью считать такие узлы в SW с учетом наличия сварки. Это реально?

[Fedor 1,690]

Главное правило: Узел всегда должен быть прочнее, чем самый слабый примыкающий к нему стержень.  :)

[Fedor 1,690]

Находите центр тяжести силовых элементов оказывающих сопротивление в узле и считаете в них напряжения от усилий полученных мкэ обычно.   Силовые элементы соединяющие обычно болты, заклепки или сварка. 

 

Цитата

Вы абсолютно правы — это классический инженерный подход к расчету соединений. Суть метода заключается в том, чтобы распределить общие усилия (N, Q, M) между конкретными «точками сопротивления» внутри узла.

Вот как этот процесс выглядит на практике для разных типов соединений:

 

 

Edited April 25 by Fedor

[GrandArmand 9]

@jtok я посмотрел вашу модель. 

Я постоянно путаюсь в правилах установки взаимодействий. Вы установили взаимодействия - глобальное "Связанные" и затем локальный "Контакт" двух поверехностей. Т.е. получается система считает все элементы связанными, но взаимодействие локальное "Контакт" как бы является более приоритетным, чем глобальное взаимодействие "Связанный" и на поверхности для которых действует локальный "Контакт" система не распротстраняет действие взаимодействия глобальный "Связанный". Правильно?

[Jesse 1,030]

2 часа назад, GrandArmand сказал:

Jesse благодарю за обратную связь

Меня то за что?! :D

[jtok 1,060]

1 час назад, GrandArmand сказал:

Правильно

Да. Более подробно в справке, советую сначала туда, потом уже на форум.

 

Например, свойства глобального взаимодействия смотрим - там кружок с вопросом:

Скрытый текст

Читаем справку:

Скрытый текст

..и узнаем, что оказывается есть ТРИ уровня взаимодействия:

0 - Локальные

1 - на уровне Компонентов

2 - Глобальные

Скрытый текст

Ранжирование выше по "уровням", т.е. сильнее всех уровень "0":

 

Плюс в чём сначала обратиться к справке - на форуме могут направить в неверном направлении. Вы введетесь в заблуждение. Заблуждение может быть весьма глубоким. Потом долго будете из него выходить, читая справку несколько раз. А в справке все сразу и правильно (ну, не все, 99,9%, но считаем что всё).

Если в справке нет чего-то, то можно и подискутировать.

[Fedor 1,690]

Спросите у ИИ https://www.google.com/  все разжует :) 

[Slavdos 74]

23.04.2026 в 21:17, GrandArmand сказал:

высокопрочными м24 из стали 40х - это фрикционное соединение получается

доброе

тут затронута интересная тема, прошу пояснения.

подобного рода соединения зависят же от крепежа ? почему в требованиях к подобным соединениям такие жуткие требования к плитам? плоскостность и шероховатость.

при этом я не встречал что их как то считали и обосновывали.

если здесь не такой случай, заранее извиняюсь, вопрос теоретический.

[Fedor 1,690]

Главное обеспечить нераскрытие стыка за счет затяжки болтов... 

[jtok 1,060]

8 часов назад, Slavdos сказал:

такие жуткие требования к плитам? плоскостность и шероховатость

Я часто встречал узлы на высокопрочных болтах, работающие "на срез". Например, вот узел стыка пролета моста через Оку, который мы в свое время красили:

Скрытый текст

Таких стыков там тысячи:

Скрытый текст

Ну и сам мостик:

Скрытый текст

На самом деле в таких узлах (с применением высокопрочных болтов) "срез" как в обычных болтах не допускается. Допускается только работа на растяжение.

 

"Работа на растяжение" достигается только контролируемым натяжением каждого болта и абразивоструйной очисткой плоскостей стыка перед соединением, что мы и делали.

Особых требований к "плоскостности" я не видел в чертежах - обычные требования к листовому прокату, а вот к шероховатости да - абразивоструйная очистка.

Только в этом случае болты в узле будут работать на растяжение и узел будет работать, как задумано.

Расчет таких узлов на самом деле есть и он несложен - нужно не допустить "скольжения" в соединяемых пакетах накладок и соответственно не допустить "среза", сечения соединительных накладок равны или больше сечению основных соединяемых конструкций - таким образом узел будет равнопрочен основным элементам, а большего от него и не требуется. Его задача просто соединить эти элементы и передать усилия с одного на другой.

 

Другой случай как здесь - работа во фланцевом стыке фермы.

"Среза" у болтов не будет, даже если их не затянуть или не пескоструить или листы фланцев будут не фрезерованные и кривые - только растяжение.

Усилия в нижних поясах как правило большие, и чтобы не ставить сорок болтов класса 5.6 ставят гораздо меньшее количество, но 12.9, тем более там не так много места.

Ну а в верхнем поясе сжатие, там можно и обычные 5.6 влепить. Но не лепят, т.к. на площадке всё перепутают и высокопрочные в сжатый узел поставят, а в растянутый обычных напихают, поэтому пишут всё на высокопрочных.

[Мрачный 156]

37 минут назад, jtok сказал:

На самом деле в таких узлах (с применением высокопрочных болтов) "срез" как в обычных болтах не допускается. Допускается только работа на растяжение.

Это обычный стык на накладках. Передача усилия - через поверхности трения. Болтами создается сжатие накладок.

[jtok 1,060]

26 минут назад, Мрачный сказал:

Это обычный стык на накладках

Ясно. Обычный. А если такой-же стык, но в нем болты класса 5.6 и без контроля натяжения? Он какой, тоже обычный?

[Fedor 1,690]

В машиностроении обычно шпонки ставят для работы на срез... 

 

Цитата

шпонки для работы на срез в болтовых соединениях

Спросите так у ИИ, много чего расскажет - 

Цитата

В болтовых соединениях шпонки используют для разгрузки болтов от срезающих усилий. Это позволяет болтам работать только на растяжение (стяжку), а основную сдвигающую нагрузку передавать через жесткий стальной элемент.

 

Edited April 27 by Fedor

[Fedor 1,690]

Для мостов лучше, конечно, заклепки. На них раньше и небоскребы строили. Заклепочники были вроде космонавтов в наше время. Работали тройками. Один грел и бросал, один ловил,  вставлял и удерживал, один стучал с другой стороны. Где-то была статья об этом очень интересная :) 

[Мрачный 156]

1 час назад, jtok сказал:

Ясно. Обычный. А если такой-же стык, но в нем болты класса 5.6 и без контроля натяжения? Он какой, тоже обычный?

Призонные что ли? То бишь чистовые? 5.6 это пластилин какой-то.

Edited April 27 by Мрачный