PDF Носивост на структурни челични шипки Нелинеарно однесување на носење, стабилност,
Краток опис
1 Носивост на шипки изработени од структурен челик Нелинеарно однесување на носење, стабилност, методи за верификација Од де.
Опис
Носивост на конструктивни челични шипки - нелинеарно однесување на носење, стабилност, метод на верификација
Одобрено од Градежниот факултет на Рурскиот универзитет Бохум
да се стекне со диплома за докторски инженер (д-р-Инг.)
Докторска теза поднесена на:
Ден на устен испит:
Новинар: проф. Д-р-Инг. Р. Киндман, универзитет Рур, Бохум, проф. Д-р-Инг. Вилемс, универзитет Рур во Бохум
Предговор Оваа работа е создадена помеѓу 2000 и 2006 година, додека јас работев како асистент за истражување на Институтот за структурно инженерство на Универзитетот Рур во Бохум. Како дисертација беше прифатена од Градежниот факултет. Мојата посебна благодарност упатувам на професорот д-р Инг. Р. Киндман за грижата и поддршката при создавањето на ова дело, како и преземањето на презентацијата. Професор д-р-Инг. Би сакал да му се заблагодарам на В. Вилемс за преземањето на предавањето. Понатаму, би сакал да им се заблагодарам на сите мои колеги кои придонесоа за развојот на оваа работа преку нивната подготвеност да дискутираат.
На крај, би сакал да им се заблагодарам на мојата сопруга и семејството за огромната поддршка во создавањето на овој труд.
Проблем и цел Состојба на истражувањето Ознаки Претпоставки, предуслови и фундаментални односи
Експериментални и теоретски студии за носењето на товарот
2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2
Вовед Членови со претежно нормална сила на компресија Нормална сила на компресија Нормална сила на компресија и биаксијално свиткување I-зрак со преовладувачко виткање Свиткување околу силната оска Двоаксијално свиткување и торзионен зрак со виткање и торзија Капацитет на носивост на пресек за виткање околу силната оска Компонента носивост во свиткување и торзија
15 21 21 31 39 39 45 54 54 57
3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4
Вовед κ-процедура Прелиминарни забелешки Флексирално топење Торзивно торзивно токање Постапка за замена на несовршеност Основни аспекти Облик и големина на геометриски неправилности на замените Ограничување на αpl Верификација на отпорноста на пластичниот пресек
59 61 61 62 66 68 68 69 71 72
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4
Прелиминарни забелешки Физичка нелинеарност Геометриска нелинеарност Метод за одредување рамнотежа Материјал и претпоставки за несовршеност Материјално право Преостанати напони Расфрлање на границата на приносот Пред деформации
73 73 79 86 88 88 90 94 95
Белешки за FE програмите Користени програмски системи Единствени симетрични пресеци Разгледување на напрегањата на смолкнување Проблеми на гранките
Фактори на намалување κ за свиткување на свиткување
5.3.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.5 5.5.1 5.5.2 5.6
Прелиминарни забелешки Параметри на пресметка и претпоставки Параметри Претпоставки Основата - Случај Ојлер 2 Зависност од профил Влијание на преостанатите напони и споредба со европските линии на стрес на преглед Преглед и валидација на резултатите од пресметката Други статички системи Ојлер случаи 3 и 4 Ојлер случај 1 Влијание на квалитетот на челикот Ограничени оптоварувања за S 355 Разлики на товарот за повисоки оценки на челик κ и доделување на линии на стрес на пауза
Геометриски еквивалентни несовршености за свиткување на свиткување
6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 6.5
Прелиминарни забелешки Аналитичко решение за случајот Ојлер 2 Извод на определувачки равенки Евалуација Нумеричка проценка за другите случаи на Ојлер Случаи на Ојлер 3 и 4 Случај на Ојлер 1 Одделение на челик S 355 Одредување на геометриски еквивалентни несовршености
124 124 124 127 134 134 136 138 140
108 113 114 114 115 118 118 120 122
Апстракт Оваа работа се занимава со одредување на носивоста на шипките изработени од конструктивен челик, земајќи ги предвид нелинеарните влијанија на носењето и стабилноста. Однесувањето на товарот детално се анализира со употреба на теоретски и експериментални истраги. Прикажано е дека неуспехот на сопствената вредност на делумно пластифицираниот систем е главната причина за откажување во многу случаи. Покрај тоа, се испитуваат процедурите и методите за верификација во однос на нивната соодветност за евидентирање на носечкото однесување и веродостојното одредување на носивоста. За свиткување на свиткување на валани I-профили под планирано компресивно оптоварување, точно определени гранични капацитети на оптоварување се одредуваат за различни степени на челик и врз основа на тоа се добиваат геометриски еквивалентни несовршености и се одредуваат факторите на намалување Ова овозможува поекономично димензионирање од порано за повеќето апликации.
Проблем и цел
На носивоста на шипки изработени од конструктивен челик, чиишто пресеци се целосно или делумно напрегнати од стрес на притисок, е значително под влијание на нивното нелинеарно однесување на носење. И геометриската и физичката нелинеарност се важни. Компресивните напони присутни во компонентата во врска со деформациите на системот или пред-деформациите доведуваат до нелинеарно однесување на деформација на оптоварување, што е прикажано на слика 1.1 како пример за член на компресија.
Нелинеарно однесување на товарот на член на компресија земајќи ги предвид геометриските и структурните несовршености
Соодветно на нелинеарното зголемување на деформациите, напоните исто така се зголемуваат непропорционално, во овој случај моментите на свиткување My, видете на слика 1.1 десно. Значителното зголемување на моментите на свиткување споредено со линеарна пресметка на внатрешната сила (теорија од прв ред) мора да се земе предвид при одредување на носивоста на шипката. За ова мора да има рамнотежа
помеѓу надворешните (= оптоварувања) и внатрешните сили (= внатрешните сили) може да се одреди со помош на геометриски нелинеарна пресметка за деформираната позиција на прачката. Се зборува за пресметка според теоријата од втор ред ако се претпостават мали деформации во споредба со димензиите на системот. Пресметката прикажана на слика 1.1 е извршена со ABAQUS [24] според теоријата за големи деформации, бидејќи тоа е имплементирано во програмата. За испитуваниот пример, границите на примена на теоријата од втор ред се исто така исполнети. Покрај геометриската нелинеарност, при пресметката беше земена предвид и физичката нелинеарност, што произлегува од материјалното однесување на челик, видете Слика 1.2
Однос стрес-напрегање за структурни челици
1.1 Проблем и цел
Европски линии на стрес на токање за свиткување на свиткување
Ограничете ги оптоварувањата за членот на компресија на слика 1.1 Ограничено оптоварување Nu [kN]
Теорија на зона на проток на големи деформации со w0 = L/1000 и примена на преостанати напони
κ-метод со стресна линија на напрегање b
Еквивалентен метод на несовршеност со w0 = L/250 и проверка на отпорноста на пресекот според теоријата на пластичност
Резимето покажува дека поедноставените методи ги одредуваат граничните оптоварувања во однос на пресметката според теоријата на зоната на проток додека се на безбедна страна и дека сè уште има значителни резерви во однос на профитабилноста. Наспроти позадината на отстапувањата прикажани како примери, се поставува општото прашање за тоа колку безбедно и прецизно носивоста на прачките подложени на компресија може да се одреди со помош на методите на приближување кои се релевантни во градежната практика. Ова се однесува особено на профилите направени од S 355, бидејќи нема посебни прописи за ова. За да се разјасни ова прашање, потребно е да се обезбедат прецизни гранични оптоварувања. Целта на оваа работа е изведена од наведениот проблем за безбедно и прецизно утврдување на носивоста на шипките, земајќи го предвид нелинеарното однесување на носењето. Покрај испитувањето на
За нелинеарното носење на носењето на шипки, фокусот е на определување на точните гранични носечки капацитети за свиткување на свиткување на валани I-профили изработени од S 235 и S 355 под предвиден притисок на притисок. Влијанието на различните параметри, како на пр B. се разјаснуваат преостанатите напони или различните статички системи. Врз основа на точните вредности, поедноставените процедури за верификација треба да се проверат и соодветно да се прилагодат за да се овозможи поекономичен дизајн во иднина. Ова резултира во следниве цели: • Истражување на нелинеарното однесување на носење на шипки со идентификување на состојбите на дефект и причините што се јавуваат овозможуваат, особено за S 355 • Подобрување на поедноставената постапка за верификација на свиткување на свиткување преку ново доделување на напрегачки линии на закопчување и нови геометриски еквивалентни несовршености без ограничување на αpl
Мајстор [88] утврден. Хајл развива метод на трансферна матрица со кој било референтен систем, додека Мајстер користи метод на редукција за да ги реши диференцијалните равенки. Комерцијалните програмски системи достапни денес, како што се ABAQUS [24] или ANSYS [25] го користат методот на конечни елементи (ФЕМ), кој се базира на општиот метод на поместување. Проблемот со стабилноста на свиткување на свиткување беше испитан за првпат од Олер [22]. За артикулираната прачка за компресија со идеално права оска на прачка и идеално еластично материјално однесување, тој го препозна проблемот на разгранување на рамнотежата и го даде растворот N Ki, кој се користи и денес
Подолу се дадени најважните симболи и дефиниции што се користат во оваа работа. Дополнителните променливи се објаснети кога се користат за прв пат. Координати, ордини и референтни точки x y, z ω s S M
Надолжна насока на членот Главни оски во рамнината на пресек нормализирана искривена ордината Профилна ордината Центар на гравитација смолкнување
Големини на поместување u, v, w ϑ, w ′, v ′ ϑ ′
Поместување во насоките x, y, z, извртување околу оската x, y, z, извртување
Големини на поместување и референтни точки S и M [46]
Параметри и димензии на пресек A Iy, Iz Iω IT Wy, Wz S y, S z
Основни главни моменти на отпорност на искривување на инерција Свети Венант, торзивен момент на моменти на отпорност на инерција, статички моменти
iM, ry, rz, rω b tg hs ts ag
Количини за теорија II Редослед и стабилност Ширина на ременот Дебелина на ременот Висина на мрежата Дебелина на мрежата Растојание помеѓу центрите на ремените
Оптоварување и внатрешни сили qx, qy, qz Fx, Fy, Fz mx MxL MyL, MzL MωL N Vy, Vz My, Mz Mx Mxp, Mxs Mω
Оптоварувања на линијата Точки на товарот Момент на торзија Момент на торзија на товарот Моменти на свиткување Момент на заокружување на оптоварување Надолжна сила, нормална сила Сили на смолкнување Моменти на свиткување Момент на торзија Примарен и секундарен момент на торзија Момент на лак
Оптоварување и внатрешни сили на членот дел dx (Th. I. O.) [46]
Материјални својства E G ν fy fu εu
Модул на еластичност, модул на смолкнување, попречна контракција, број на Поасон, јачина на принос, цврстина на истегнување, издолжување при пауза
Стресови, соеви σ τ σv ε
Нормален напон во x насока Напрегања на смолкнување во рамнина y-z Еквивалентен напон според напрегањето на фон Мајс во надолжната насока на членот
Понатамошни назнаки L εT K G KT v p s ηKi ηK
Индекс на лентата за должина на системот за теорија на матрица на вкочанетост на торзијата теорија на геометриска цврстина на матрица од 1 ред Деформацијата на оската на членот мора да се земе предвид
еластично пластично ограничено оптоварување (крајно) идеално критично оптоварување, оптоварување на гранка (види и ηKi), на пр. Б. PKi = ηKi⋅P критично оптоварување (види и ηK), на пр. Б. PK = ηK⋅P
1.4 Претпоставки, барања и основни односи
Претпоставки, простории и основни односи
Материјално право Материјалните закони се користат за поврзување на внатрешните сили (напрегања) со променливите на внатрешната патека (изобличувања). Законот на Хук важи за изотропни, линеарно-еластични материјали. Со шипки, нормалните напрегања σy и σz се обично незначително мали, така што се применува σx = E ⋅ εx
Внатрешни сили Преку интеграција во целиот пресек, стресовите можат да се комбинираат во внатрешни променливи, така што дефинициите на внатрешната варијабла да резултираат според Табела 1.2. Табела 1.2
Внатрешните сили како „резултат на стресот“