Вплив перфорації на статичні характеристики огороджувальної гофрованої панелі при дії вітру

Заголовок (англійською): 
Influence of perforation on static characteristics of the enclosing corrugated panel under the wind action
Автор(и): 
Лук’янченко О.О.
Цибульник С.О.
Козак А.А.
Геращенко О.В.
Кара І.Д.
Автор(и) (англ): 
Lukianchenko O.O.
Tsybulnyk S.О.
Kozak A.А.
Gerashchenko O.V.
Kara I.D.
Ключові слова (укр): 
:гофрована панель, перфорація, вітер, метод скінченних елементів, статична крайова задача, стійкість
Ключові слова (англ): 
corrugated panel, perforation, wind, finite element method, static stress analysis, stability
Анотація (укр): 
В будівельній практиці застосування огороджувальних панелей з перфорацією для захисних споруд є економічно вигідним, бо зменшує фінансові витрати на їх виготовлення, транспортування і встановлення. Але вплив перфорації на статичні і динамічні характеристики огороджувальних панелей є недостатньо дослідженим. З метою захисту від вітру будівель і споруд на українській антарктичній станції „Академік Вернадський” виконано розрахунок захисної споруди на міцність, стійкість і жорсткість за першою і другою групою граничних станів згідно вимог Державних будівельних норм України. Захисна споруда представлялась у вигляді огороджувальної гофрованої стальної панелі і опорних стійок. В статті наведено результати чисельного дослідження напружено-деформованого стану і стійкості огороджувальної гофрованої панелі, ширина і висота якої приймалась сталою, а товщина підбиралась згідно вимог щодо її міцності, стійкості і жорсткості. По висоті панелі розташовані чотири гофри у вигляді трапецій. Перфорація подана у вигляді круглих отворів по всій поверхні панелі. В програмному комплексі NASTRAN побудовані дві скінченно-елементні моделі огороджувальної панелі. Модель гофрованої панелі без перфорації змодельована у вигляді сукупності чотирьохкутних оболонкових скінченних елементів з шістьма ступенями вільності у вузлі, яка містила 35161 елемент та 32540 вузлів. Скінченно-елементна модель огороджувальної панелі з перфорацією містила 383043 трикутні оболонкові скінченні елементи з шістьма ступенями вільності у вузлі та 211609 вузлів. З двох боків огороджувальної панелі по висоті накладені обмеження у вигляді защемлення з урахуванням жорсткого кріплення панелі до опорних стійок. Дія вітру на огороджувальну панель представлена у вигляді рівномірно розподіленого статичного навантаженням, гранично розрахункові значення якого отримані згідно Держаних будівельних норм України з використанням статистичних даних вітру на українській антарктичній станції. Основну увагу приділено дослідженню впливу перфорації на еквівалентні напруження, вузлові переміщення, критичні значення навантаження та форми втрати стійкості гофрованої панелі. Застосовані обчислювальні процедури розв’язання крайової задачі статики і стійкості комплексу NASTRAN.
Анотація (англ): 
The application of the enclosing panels with perforation in construction practice for protective structures is economic advantageous due to reduction of financial costs for their production, transportation and installation. But influence of perforation on static and dynamic characteristics of the enclosing panels was not enough investigated. With the purpose of wind protection of the buildings and structures at the Ukrainian Antarctic station „Akademik Vernadsky” static stress and stability analyses of the protective structure were executed in according with the first and second groups of limit states of State building regulations of Ukraine. The protective structure as the enclosing corrugated steel panel and supporting columns was appeared. In the article the results of numeral research of the stress strain state and stability of the corrugated panel are presented. The panel width and height were accepted permanent, and a panel thickness was explored and accepted according to requirements for its stiffness, strength and stability. The four corrugations in the form of trapezoids are located along the panel height. Perforation of the panel in the form of round holes with a radius of 12.5 mm was presented. Two finite element models of the corrugated panel using the software NASTRAN were built. The corrugated panel without perforation model as a collection of rectangular shell finite elements with six degrees of freedom at the node was modeled. This model contained 35161 finite elements and 32540 nodes. The finite element model of the enclosing corrugated panel with perforation contained 383043 triangular shell finite elements with six degrees of freedom at the node and 211609 nodes. Boundary conditions were imposed on the modal nodes along the height on both sides of the corrugated panel in the form of fixing, taking into account its rigid attachment to the columns. Wind action on the enclosing panel was presented as uniform distributed static load, the limit calculation values of which were got according to State building regulations of Ukraine and statistical data of wind at the Ukrainian Antarctic station. The main attention was given to research of influence of perforation on the corrugated panel equivalent stresses and displacements, critical values of wind load and form of loss of corrugated panel stability. Computational procedures of static stress and stability analyses of software NASTRAN were applied.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2024, номер 112
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2024, number 112
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
09-112_lukyanchenko_o.o._cibulnik_s.o._kozak_a.a._gerashchenko_o.v._kara_i.d.pdf
Дата публікації: 
24 April 2024
Номер збірника: 
112
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Литература: 
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
  1. ДБН В.1.2-2:2006. Державні будівельні норми України „Навантаження і впливи. Норми проектування”.
  2. ГОСТ 27751-88. Державний стандарт України. Надійність будівельних конструкцій і основ.
  3. ДСТУ 8969-2019. Прокат тонколістовий зі сталі підвищеної міцності.
  4. ДБН В.2.6-198:2014. Державні будівельні норми „Сталеві конструкції. Норми проектування”.
  5. Ray W. Clough, С.Philip Johnson. A finite element approximation for the analysis of thin shells // Int. J. Solids Struct., 1968. – 4, No.1. – P. 43-60.
  6. Bouraou N.I., Luk’yanchenko О.О., Tsybulnik S.A., Shevchuk D.V. Vibration Condition Monitoring of the Vertical Steel Tanks // Vibrations in Physical Systems, − 2016. − Vol. 27. − рр. 53-60.
  7. Лук’янченко О.О. Розв’язання проблеми надійності і безпеки оболонкових структур з недосконалостями форми методами обчислювальної механіки. − Київ: Вид-во „Каравела”, 2019. − 197 с.
  8. Bazhenov V.A., Lukianchenko O.A., Vorona Yu.V., Vabyshchevych. The influence of shape imperfections on the stability of thin spherical shells // Strengh of Materials, 2021. –  Vol. 53, №6. – Р. 842-850.
  9. Рудаков К.Н. FEMAP 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. – К: НТТУ КПИ, 2011. – 317 с.
  10. Jaecheol Koh Siemens NX Nastran: Tutorials for Beginners and Advanced Users. – ASIN: B0B19ZBZCM, 2022. – 566 p.
 
References: 
  1. DBN V.1.2-2:2006. Derzhavni budivelni normy Ukrainy „Navantazhennia i vplyvy. Normy proektuvannia” [State building regulations of Ukraine “ Loads and impacts. Design standards”].
  2. HOST 27751-88. Derzhavnyi standart Ukrainy. Nadiinist budivelnyh konstrukcii i osnov [State standard of Ukraine. Reliability of building structures and foundations].
  3. DSTU 8969-2019. Prokat tonkolistovyi zi stali pidvyshchenoi mitsnosti [Rolled thin sheet of increased strength].
  4. DBN V.2.6-198:2014. Derzhavni budivelni normy Ukrainy „Stalevi kostruktsii. Normy proektuvannia” [State building regulations of Ukraine “Steel structures.   Design standards”].
  5. Ray W. Clough, С.Philip Johnson A finite element approximation for the analysis of thin shells // Int. J. Solids Struct., 1968. – 4, No.1. – 43-60.
  6. Bouraou N.I., Luk’yanchenko О.О., Tsybulnik S. A., Shevchuk D. V. Vibration Condition Monitoring of the Vertical Steel Tanks // Vibrations in Physical Systems, − 2016. − Vol. 27. − рр. 53-60.
  7. Lukianchenko O.О. Rozviazannia problemy nadiinosti i bezpeky obolonkovykh struktur z nedoskonalostiamy formy metodamy obchysliuvalnoi mekhaniky [Decision of problem of reliability and safety of shell structures  with shape imperfections by the methods of calculable mechanics]. − Kyiv: Vyd-vo „Karavela”, 2019. − 197 s (ukr).
  8. Bazhenov V.A., Lukianchenko O.О., Vorona Yu.V., Vabyshchevych M.O. The influence of shape imperfections on the stability of thin spherical shells // Strengh of Materials, 2021. –  Vol. 53, №6. – Р. 842-850.
  9. Rudakov K.N. FEMAP 10.2.0. Heometrycheskoe y konechno-еlementnoe modelyrovanye konstruktsyi [Geometrical and finite-element design of constructions]. – K: NTTU KPI, 2011. – 317 s.(rus).
  10. Jaecheol Koh Siemens NX Nastran: Tutorials for Beginners and Advanced Users. – ASIN: B0B19ZBZCM, 2022. – 566 p.
Стаття надійшла 08.03.2024