Расчет усиления стойки

[rvpspb 0]

Здравствуйте, хотелось бы узнать мнение профессионалов :)

Суть задачи в том, что требуется смоделировать усиление стойки под нагрузкой, и дальнейшее нагружение до потери устойчивости. Т.е. изначально имеется стойка (двутавр), к ней прикладывается продольная сила с эксцентриситетом. Затем каким то образом нужно "приварить" к полке двутавра скажем, уголок, тем самым увеличить жесткость конструкции. И затем продолжать увеличивать нагрузку до предельного значения.

Вопрос: каким образом "добавить" элемент конструкции после первого шага нагружения?

Заранее спасибо :)

[Fedor 1 601]

Самое простое вроде сначала выбрать все без усиления все решить и выбрать еще и усиление и решать дальше.

Можно сначала усилению задать очень маленькую жесткость, чтобы она практически не учавствовала в энергии, а на втором шаге сменить на реальную. Еще есть механизм рождения и смерти элементов, он по существу тоже играет жесткостями, насколько помню

[rvpspb 0]

Да, спасибо, сам тоже уже догадался задать материал с малым Е и плотностью :) ммм.... теперь возникает другой вопрос: как лучше всего описать нагрев от сварки: heat flow , heat flux , heat genereat ... вроде нагрев идет от тока, и по идее надо бы задавать через heat genereat , но известна только мощность дуги в Вт, а швы моделируются shell181, как и вся модель, может лучше задавать плотность потока на площадь?

[Форумный боец 1]

а какой смысл решать как два шага нагружения? решайте как две отдельные задачи...

[Fedor 1 601]

Да, спасибо, сам тоже уже догадался задать материал с малым Е и плотностью :) ммм.... теперь возникает другой вопрос: как лучше всего описать нагрев от сварки: heat flow , heat flux , heat genereat ... вроде нагрев идет от тока, и по идее надо бы задавать через heat genereat , но известна только мощность дуги в Вт, а швы моделируются shell181, как и вся модель, может лучше задавать плотность потока на площадь?

Сталь перестает сопротивляться при 660 градусах. Соответственно и начинает сопротивлятся. Самое простое для начала решить тепловую задачу задав эту температуру с обратным знаком в шве потом определить остаточные напряжения от температуры. Но это грубая оценка. Более строго надо решать упругопластическую задачу по определению остаточных напряжений. Где - то она уже обсуждалась здесь. Ну а потом уже грузить. Если еще учесть нестационарность нагрева и охлаждения от движения электрода и прочего, то проблем надолго хватит

Есть еще простой способ оценки. На бруске моделирующем сварной шов найти деформации которые возникают в нем при охлаждении до -660 (это физический бред, но в вычислительном плане работает, оценить деформации можно и на калькуляторе) и их задать уже в полную задачу и решать упругопластически.

[rvpspb 0]

Спасибо, попробую ) все-таки постараюсь решить нестационарную тепловую задачу и приложить поле температур в прочностную.

[Fedor 1 601]

Спасибо, попробую ) все-таки постараюсь решить нестационарную тепловую задачу и приложить поле температур в прочностную.

Задачи об остаточных напряжениях вещь тонкая и неустойчивая. Поварьируйте и лучше разными способами

погоняйте для надежности, если время есть мужество и оптимизм

Удачи

[vva 0]

Спасибо, попробую ) все-таки постараюсь решить нестационарную тепловую задачу и приложить поле температур в прочностную.

не стоит углубляться в достоверность получения сварочных деформаций, если, конечно, это не основная задача.

для массивных профилей достаточную степень точности обеспечивают заданные остаточные напряжения.

А, если задача линейная - это ваш путь.

[rvpspb 0]

Вот еще интересный момент... усиление смоделировать удалось, как и остаточные напряжения от сварки, результат сошелся с экспериментом (разница в предельной силе 4%). Но вот поведение стойки при усилении не соответствует реальной ситуации: при начальном нагружении изгиб идет в одну сторону (в срединном сечении Ux=-5мм примерно) однако при включении в расчет уголка изгиб резко переходит в другую сторону, т.е. как если бы изначально стойка была исилена, при увеличении продольной силы до критической естественно продолжается изгиб уже в новом направлении (т.е. Ux > 0). Однако в реальном эксперименте после начального отклонения и усиления стойка продолжала изгибаться с изначальном направлении. Может у кого-нибудь есть мысли, почему ансис так делает, и как этого избежать, т.е. чтобы направление изгиба не менялось во время расчета?

[vva 0]

Может у кого-нибудь есть мысли, почему ансис так делает, и как этого избежать, т.е. чтобы направление изгиба не менялось во время расчета?

Вопрос.

Вы могли бы описать Вашу задачу, показать модель? Судя по тому, как Вы решаете задачу, есть сомнения в правильности постановки.

Сходимость расчетных и экспериментальных результатов для нелинейных задач, зависит от множества факторов.

Что бы добиться максимального совпадения, эксперимент необходимо начинать с проверки текучести материала, точного измерения начальных деформаций, точного определения геометрического положения точки приложения силы, учета степени заделки на концах модели и т.д.

Поэтому не видя модели и не зная деталей эксперимента ответить на подобные вопросы крайне трудно.

У меня есть опыт испытания полунатурных стальных коробчатых балок при осевом сжатии.

Добиться точного совпадения результатов эксп и мкэ было не просто.

Изменено 5 августа 2009 пользователем vva

[rvpspb 0]

есть 2 опоры, моделируются объемами (solid185) закрепляются по кромкам, с одной стороны ("снизу") шарнирная опора, с другой стороны прикладывается сила. И закрепление и сила приложены точке с эксцентриситетом ex=5mm ey=40mm от центра сечения двутавра. Стойка и уголок моделируются shell181. Порядок нагрузки: изначально уголок не работает, материал с модулем упругости близкий к нулю, решается задача статики, с учетом больших деформаций, полный метод фула-рафсона, с адаптивным схождением, с учетом изменения жесткости при нагрузке.

Шаги нагружения:

1) уголок не работает. нагрузка 110кН (время 0-110с)

2) включаю уголок, время 110-111с

3) прикладываются температуры из теплового анализа за 8 шагов время 111-119 с

4) прикладывается нагрузка до критической с шагами до 200, 300.... время синхронно растет 1кН в сек.

я так понял, дело в том, что уголок изначально привязан к стойке, он деформируется, но напряжений нет, т.к. нет жесткости. а потом при включении он возвращает стойку в изначальное положение, даже изгибает в другую сторону, т.к. есть осевая сила. надо как-то сделать так, чтобы уголок начинал работать из недеформированного состояния, а стойка уже была бы с деформациями. Но в голову пока ничего не приходит. Читал чтото про морфинг сетки, когда во время расчета можно переразбить сетку при больших отклонениях от покоя. Может ли это здесь помочь?

[Борман 2 380]

2) включаю уголок, время 110-111с

Насколько я помню, ансис не позволяет изменять свойства материала между шагами.

Постройте график перемещения от силы - интересно узнать изменение жесткости. Кстати откуда перемещение снимаете ?

уголок начинал работать из недеформированного состояния

Не понял.. а как насчет совместности деформаций в месте крепления углка с этой хреновиной ?

[rvpspb 0]

свойство материала менять можно, ведь при мешировании задаются ссылки на номер мат-ла.

перемещение снимаю с узла в серединном сечении. по сути график перемещения на первой странице и есть от силы, .т.к. сила растет синхронно со временем (1 сек - 1 кН). вот увеличенный участок, когда меняется жесткость уголка, а потом температурные деформации идут:

про недеформированное состояние я имел ввиду, что хотелось бы повторить реальную ситуацию, т.е. когда стойка уже сжата, имеет изгиб, в работу включался бы уголок, при этом чтобы он был не нагружен, ведь когда его приваривают, он не воспринимает основную продольную силу, только нпражения от сварки возникают.

что то такое по идее должно получиться:

Изменено 5 августа 2009 пользователем rvpspb

[vva 0]

Как и предполагалось, постановка несколоко не понятна. Задача находится на границе технологии и прочности.

Давайте пока забудем про ансис и выясним для себя несколько моментов.

1. вы решаете задачу о подкреплении нагруженной стойки в нелинейной постановке.

2. ваш вариант подкрепления деформированной стойки уголком реализовать на практике будет непросто. мне, как технологу, кажется реальным только использование тавра в качестве подкрепления. причем устанавливать его надо будет, приваривая стенку подкрепления к полке стойки, т.е. |-|-|. При этом, стенку подкрепляющего тавра, прийдется подрезать по форме деформированной стойки. Кстати это стандартный узел в судостроении, т.е. проверенный, простой и технологичный. Ваш же вариант имеет оч.много технологических недостатков и практически не имеет аналогов немного похоже на гребенчатое соединение, но не то.

Подумайте еще над конструкцией.

3. определение температурных деформаций. мне совсем не понятно, зачем это надо делать. правильная технология сварки позволяет пренебречь сварочными деформациями. ну это только, если вы не будете варить балку, находящуюся в состоянии, близком к предельному

о реализации задачи.

так, как вы ее решаете - ничего не получится. т.к. после первого шага нагружения, ваше подкрепление уже имеет деформацию.

как бы это решал я.

1. решение для стойки без подкрепления. определение изгиба.

2. построение 3д-модели с начальным изгибом стойки и приваренным подкреплением. експорт в ансис. решение задачи.

если владеете APDL и каким-нибудь "параметрик кад", задача простая. потом сможете просто варьировать стрелку погиби и решать задачу.

[Fedor 1 601]

Наверное можно поддомкратить и приварить, чтобы уйти от непрозрачных в расчетном смысле ситуаций.

[vva 0]

Наверное можно поддомкратить и приварить, чтобы уйти от непрозрачных в расчетном смысле ситуаций.

да, хотел об этом написать, но не известно количество подкрепляемых стоек.

если их много, то подкрепления без лишних манипуляций имеют смысл.

[Fedor 1 601]

Судя по картинке, возможная потеря устойчивости произойдет не в том направлении в котором варите. Вы привариваете в том направлении,

где максимальный момент инерции. Варите спокойно, но не быстро и захватками по частям, чтобы не прогревать сразу большие объемы, а они могут вызвать нежелательные деформации колонны и ни о чем не думайте. Если навернется, то уж не из-за сварки. Для устойчивости всегда повышенные коэффициенты запаса берут

Приварите сначала в середине двутавра, это сразу поднимет изгибную жесткость в опасном направлении , а потом край на двутавре и локальное ослабление во время сварки уже будет не опасным

[rvpspb 0]

Прошу прощения что долго не отвечал, был в запарке :) я хотел бы уточнить, что моя задача состоит в моделировании эксперимента, т.е. работа скорее научная, нежели инженерная. На самом деле усиливать я так не буду, да и профиль в данный момент у меня другой, хоть и работаю в фирме по реконструкции и усилению. Поэтому необходимо повторить именно такую схему, и обязательно с учетом сварки. В результате желательно получить достаточно достоверную диаграмму перемещений от прилагаемой наргузки, на которой бы отразился момент усиления, и сварки :) на данный момент я последовал совету vva , нагрузил начальной силой стойку без усиления, снял перемещения в узлах, построил новую модель уже изогнутой стойки, дорисовал туда уголок, но результаты получились нереальные, т.е. конструкция имеет намного больший запас устойчивости, т.к. отсутствуют начальные напряжения в стойке. Сейчас вспоминаю, как задать нач. напр. :) вроде ISTRESS или что то такое...

[Fedor 1 601]

У Басова в какой-то книжке описано

allsel

n=0 ! число мод для проверки устойчивости, если 0 статический анализ **************

/SOLU

ANTYPE,STATIC ! STATIC ANALYSIS

*IF,n,GT,0,THEN $ PSTRES,ON $ *ENDIF ! CALCULATE PRESTRESS EFFECTS

SOLVE

FINISH

*IF,n,GT,0,THEN ! проверка на устойчивость

! для строительных конструкций не ниже 1.36 коэффициент запаса по устойчивости (следует из СНИП)

/SOLU

ANTYPE,BUCKLE

BUCOPT,LANB,n ! USE BLOCK LANCZOS EIGENVALUE EXTRACTION METHOD

MXPAND,n

SOLVE

FINISH

*ENDIF

я так обычно делаю

[rvpspb 0]

Вы описали расчет потери устойчивости "по собственным значениям" предварительно нагруженной системы. К сожалению, в данном случае он не подходит, т.к. во-первых, этот способ определяет теоретические значения критических нагрузок абсолютно упругой линейной системы, и он не поддерживает большие деформации. Этот способ очень неточен, когда учитывается пластичность мат-ла, и расчет идет с учетом больших деформаций, и с учетом измения жесткости системы при деформировании.