АНАЛІЗ ВТРАТИ СТІЙКОСТІ ТОНКОСТІННИХ СТЕРЖНІВ ВІДКРИТОГО ПРОФІЛЮ З УРАХУВАННЯМ НЕДОСКОНАЛОСТЕЙ ФОРМИ

Заголовок (англійською): 
ANALYSIS OF THE LOSS OF STABILITY OF OPEN PROFILE THIN-WALLED RODS, INTO ACCOUNT THE IMPERFECTIONS OF THE FORM
Автор(и): 
І.O. Охтень
О.О. Лук’янченко
А.А. Козак
Автор(и) (англ): 
Okhten I.O.
Lukianchenko O.O.
Kozak A.A.
Ключові слова (укр): 
тонкостінний стержень відкритого профілю, недосконалість форми, статична стійкість, метод скінченних елементів
Ключові слова (англ): 
thin-walled bars, geometry imperfection, eccentricity, finite element method
Анотація (укр): 
Виконано аналіз впливу геометричних недосконалостей форми на стійкість центрально стиснутих тонкостінних стержнів відкритого профілю з різною товщиною стінки. Для створення комп’ютерних моделей стержнів застосовано програмний комплекс скінченно-елементного аналізу NASTRAN. Полки і стінки стержнів змодельовано у вигляді сукупності чотирьохкутних оболонкових елементів з шістьма ступенями вільності у вузлі. Геометричні недосконалості змодельовано у вигляді першої загальної форми втрати стійкості стержнів з ідеальною поверхнею, які отримано з лінійного розрахунку стійкості. який жорстко закріплений знизу та шарнірно-рухомий зверху. За допомогою спеціально створеної програми формувалась амплітуда недосконалостей форми стержнів пропорційно до товщини стінки. Розрахунки стійкості стержнів відкритого профілю виконано в лінійній постановці методом Ланцоша, в нелінійній − методом Ньютона-Рафсона. Отримано значення критичного навантаження та відповідні форми деформування стержнів з ідеальною поверхнею та урахуванням недосконалостей форми різної амплітуди. Результати дослідження стійкості стержнів відкритого профілю порівняно з експериментальними, які отримано в 2016 році в лабораторії будівельного факультету Загребського університету (Хорватія), і аналітичними та чисельними розрахунками, які отримано із застосуванням програмного комплексу ABAQUS у 2020 році на будівельному факультеті Брестського державного технічного університету (Білорусь). Порівняльний аналіз показав, що критичні значення стискаючих сил, які отримано в даній роботі в розрахунках стійкості стержнів в нелінійній постановці за допомогою обчислювальних процедур програмного комплексу NASTRAN, менші за аналітичні та експериментальні. Критичні сили, які отримано аналітично, більші за чисельні результати всіх дослідників. Виявлено співпадіння чисельних значень критичних сил у випадку стержня відкритого профілю з ідеальною поверхнею товщиною 0,0011 м і неспівпадіння − 0,003 м. Дослідження стійкості стержнів з урахуванням змодельованих недосконалостей форми показало, що збільшення амплітуди недосконалостей мало вплинуло на критичні значення стискаючих сил. Це свідчить про те, що модель геометричних недосконалостей стержнів у вигляді загальної форми втрати стійкості не є найнебезпечнішою для стійкості стержнів з таким профілем, кріпленням і навантаженням. Тому є необхідність в подальших дослідженнях стійкості стержнів виконати моделювання геометричних недосконалостей, наприклад, у вигляді форм їх деформування в граничному стані і від дії експлуатаційного навантаження, які отримано в нелінійній постановці.
Анотація (англ): 
It was made the analysis of influence the geometric imperfections to form on the stability of centrally compressed thin - walled rods of open profile with different wall thickness. The software complex of finite element analysis NASTRAN was used to create computer models of rods. Shelves and walls of rods are modeled as a set of quadrangular shell elements with six degrees of freedom in the node. Geometric imperfections are modeled in the form of the first general form of loss the stability of rods with an ideal surface, which are obtained from the linear calculation of stability which is rigidly fixed at the bottom and articulated at the top. With the help of a specially created program, the amplitude of imperfections in the shape of the rods was proportional to the wall thickness. Calculations of the stability of open-profile rods were performed in a linear formulation by the Lanzosch method, and in a nonlinear formulation by the Newton-Rafson method. Was received the values of the critical load and the corresponding forms of deformation of the rods with an ideal surface and taking into account the imperfections of the shape of different amplitude. The research results of stability of open-profile rods compared to experimental, obtained in 2016 in the laboratory of the Faculty of Civil Engineering, University in Zagreb (Croatia), and analytical and numerical calculations obtained using the ABAQUS software in 2020 at the Faculty of Civil Engineering, Brest State Technical University Faculty (Belarus). Comparative analysis showed that the critical values of compressive forces obtained in this work in the calculations of the stability of the rods in a nonlinear formulation using the computational procedures of the software package NASTRAN, was less than analytical and experimental. The critical forces obtained analytically are bigger than the numerical results of all researchers. The coincidence of numerical values of critical forces was detected in the case of an open profile rod with an ideal surface thickness of 0.0011 m and a mismatch in 0.003 m. The stability of rods research, taking into account the simulated imperfections of the form showed that the increase in the amplitude of imperfections had little effect on the critical values of compressive forces. This indicates that the model of geometric imperfections of the rods in the form of a general form of loss of stability is not the most dangerous for the stability of rods with such a profile, mounting and load. Therefore, there is need in further research of stability of the rods to perform modeling of geometric imperfections, for example, as the forms of their deformation in the ultimate state and from the action of operating load, which are obtained in nonlinear formulation.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 108
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, number 108
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
27-108_ohten_i.o._lukyanchenko_o.o._kozak_a.a.pdf
Дата публікації: 
05 Июль 2022
Номер збірника: 
108
Університет автора: 
ТОВ «Проектна компанія «Футуріста» провулок Рильський 10/3, м. Київ. 01001, Київский національний університет будівництва і архітектури Повітрофлотський просп., 31, м. Київ. 03680
Литература: 
  1. Тимошенко С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. –М.: Наука, 1971. – 807с.
  2. Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. –М.: Физматгиз, 1959, - 574 с.
  3. Юрченко В.В.,  Перельмутер А.В. Несуча здатність стержневих елементів конструкцій із холодногнутих профілів. – К.: Каравела, 2020. -310 с.
  4. Ракша С.В. Зв'язна втрата стійкості і вагова оптимізація тонкостінних стержнів відкритого профілю: Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук. Дніпропетровськ – 2003.
  5. Доннелл Л.Г., Ван К. Влияние неправильностей в форме на устойчивость стержней и тонкостенных цилиндров при осевом сжатии // Механика. Сб. перев. и обз. иностр. период. лит-ры.» – 1951. – №408, С.91 – 107.
  6. Рудаков К.Н. FEMAP 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. – К.: КПИ, 2011. – 217 с.             
  7. Надольский, В.В. Анализ потери устойчивости симметричных тонкостенных элементов С-образного сечения / В.В. Надольский, Ф.А. Веревка // Теория и практика исследований, проектирования и САПР в строительстве : сборник статей IV Международной научно-технической конференции, Брест, 27 марта 2020 года / Министерство образования Республики Беларусь, Брестский государственный технический университет, Строительный факультет, ООО "Лира САПР", ООО "ПСС-SOFiSTiK", ООО НПФ "СКАД СОФТ", ОДО НПП "БрестКАД", ЧУП "Брестстройнаука" ; редкол.: Н. Н. Шалобыта [и др.]. – Брест: БрГТУ, 2020. – С. 126–132. – Библиогр.: с. 131–132 (12 назв.).
  8. Šimić, D. Critical Force Analysis of Thin-Walled Symmetrical Open-Section Beams, Applied Mechanics and Materials (Volume 827), Trans Tech Publi-cations. – Switzerland, 2016. – Р. 283-286
  9. Охтень І.О., Гоцуляк Є.О., Лук’янченко О.О. Дослідження стійкості тонкостінних елементів відкритого профілю з урахуванням початкових недосконалостей // Опір матеріалів і теорія споруд: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2008. -  Вип.82. – С. 131-136.
  10. Охтень І.О., Гоцуляк Є.О., Лук’янченко О.О. Дослідження сумісного впливу початкових недосконалостей і ексцентриситету на стійкість стержнів відкритого профілю // Опір матеріалів і теорія споруд: Наук.-техн. збірник. – К.: КНУБА, 2008, -  Вип.83. – С. 126-132.
  11. Охтень І.О., Лук’янченко О.О. Деякі аспекти врахування початкових недосконалостей у розрахунках стійкості тонкостінних елементів відкритого профілю // Опір матеріалі і теорія споруд: наук.-тех. Збірн. – К: КНУБА, 2021 – Вип. 106. – С. 122-128.
  12. Лук’янченко О.О., Охтень І.О. Комп’ютерне моделювання в задачах стійкості тонкостінних стержнів відкритого профілю з недосконалостями форми. Управління розвитком складних систем. Київ, 2021. № 47. С. 95 – 101.
 
References: 
  1. Timoshenko S.P. Ustoychivost sterzhney, plastin i obolochek (Stability of bars, plates and shells оболочек). – Moskow: Nauka, 1971.
  2. Vlasov V.Z. Tonkostennyie uprugie sterzhni (Thin-walled elastic bars) // Moskow: Fizmatgiz, 1959 – 568 p.
  3. Yurchenko V. V., Perelmuter A.V. Nesucha zdatnist sterzhnevykh elementiv konstruktsii iz kholodnohnutykh profiliv. – К.: Karavela, 2020 –310 p.
  4. Raksha S.V. Svyaznaya poterya ustoychivosti i vesovaya optimizatsiya tonkostennyih sterzhney otkryitogo profilya (Coherent stability loss and weight optimization of thin-walled bars of an open profile). Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Dnipro – 2003.
  5. Donnel L.H, Wan C.C. Vliyanie nepravil'nostej v forme na ustojchivost' sterzhnej i tonkostennyh cilindrov pri osevom szhatii (Influence of Shape Irregularities on the Stability of Rods and Thin-Walled Cylinders under Axial Compression) // Mekhanika– 1951. – №408, P. 91 – 107.  
  6. Rudakov K.N. FEMAP 10.2.0. Geometricheskoe i konechno-elementnoe modeliro vanie konstruktsii (FEMAP10.2.0.Geometrical and FEM of designs). – К.: КPI, 2011.-217 p
  7. Nadolsky, Vitaliy Valerevich; Verevka, F. A. Analyz potery ustoichyvosty symmetrychnykh tonkostennykh elementov S-obraznoho sechenyia (Research and engineering in construction using computer alded design: theory and practice) // Theory and practice of research, design and CAD in construction: collection of articles of the IV International Scientific and Technical Conference. – Brest: Brest State Technical University, 2020. – P. 126–132.
  8. Šimić, D. Critical Force Analysis of Thin-Walled Symmetrical Open-Section Beams, Applied Mechanics and Materials (Volume 827), Trans Tech Publi-cations. – Switzerland, 2016. – Р. 283-286
  9. Okhten I.O., Gotsulyak E.A., Lukianchenko O.O. Doslidzhennia stiikosti tonkostinnykh elementiv vidkrytoho profiliu z urakhuvanniam pochatkovykh nedoskonalostei (Research of thin-walled elements firmness of an open profile taking into account initial imperfections) // Strength of Materials and Theory of Structures: The scientific and technical collected articles. - Issue. 82. – K.: KNUBA, 2008. - P. 131.
  10. Okhten I.O., Gotsulyak E.A., Lukianchenko O.O. Doslidzhennia spilnoho vplyvu pochatkovykh nedoskonalostei i ekstsentrysytetu na stiikist sterzhniv vidkrytoho profiliu (Research of compatible influence of initial imperfections and eccentricity on firmness of an open profile cores) // Strength of Materials and Theory of Structures: The scientific and technical collected articles. - Issue. 83. – K.: KNUBA, 2009. - P. 126.
  11. Okhten I.O., Lukianchenko O.O. Deyakі aspekti vrahuvannya pochatkovih nedoskonalostej u rozrahunkah stіjkostі tonkostіnnih elementіv vіdkritogo profіlyu (Some aspects of consideration of initial imperfections in the calculations of stability of thin-walled elements of open profile) // Strength of Materials and Theory of Structures: The scientific and technical collected articles. - Issue. 106. – K.: KNUBA, 2021. - P. 122.
  12. Okhten I.O., Lukianchenko O.O. Komp’yuterne modelyuvannya v zadachah stіjkostі tonkostіnnih sterzhnіv vіdkritogo profіlyu z nedoskonalostyami formi (Computer simulation in the problems of stability of thin-walled rods of an open profile with shape  imperfections) // Management of Development of Complex Systems. - Issue. 47. – K.: KNUBA, 2021. - P. 95.