THE STABILITY OF LOW-PITCHED VON MISES TRUSSES WITH HORIZONTAL ELASTIC SUPPORTS

Заголовок (англійською): 
THE STABILITY OF LOW-PITCHED VON MISES TRUSSES WITH HORIZONTAL ELASTIC SUPPORTS
Автор(и): 
S.І. Bilyk
А.S. Bilyk
V.H. Tonkacheiev
Автор(и) (англ): 
S.І. Bilyk
А.S. Bilyk
V.H. Tonkacheiev
Ключові слова (укр): 
стійкість, ферма фон Мізеса, сталевий купол, нелінійні переміщення, деформаційний розрахунок, пружні горизонтальні опори, рівняння критичного навантаження, моделювання, вузлова стійкість куполів
Ключові слова (англ): 
stability, von Mises truss, steel dome, nonlinear displacements, deformational calculation, elastic horizontal supports, the critical load equation, domes’ nodal buckling
Анотація (укр): 
Метою роботи є дослідження впливу на стійкість ферм фон Мізеса пружності горизонтальних опор, які моделюють умови спирання верхнього ярусу куполів. Методика. Розглянуто деформовану схему тришарнірної ферми при прикладанні в гребеневому вузлі зосередженого вертикального навантаження. Аналітичним методом отримано узагальнене рівняння критерію стійкості тришарнірних ферм для визначення критичного навантаження в залежності від параметрів розрахункової системи: кута нахилу стрижнів, жорсткості стрижнів, жорсткості горизонтальних пружних опор. Отримана система двох трансцендентних рівнянь залежності навантаження від вертикальних і горизонтальних переміщень з урахуванням обтиску стрижнів. Аналітичне рішення такої системи рівнянь через узагальнений параметр – змінний тангенс кута нахилу похилих стрижнів, дозволив отримати одне рівняння залежності вертикального навантаження від вертикального та симетричного горизонтального переміщення опор. Проведено числові дослідження стійкості ферми в залежності від проектної геометрії конструкції. Результати. Отримано аналітичний вираз залежності приведеного до жорсткості стрижня навантаження на конструкцію в залежності від кута нахилу стрижнів і горизонтальної жорсткості опор. Підтверджено нелінійний характер деформування положистих двострижневих тришарнірних ферм в залежності від жорсткості пружних опор і кута нахилу стрижнів. Встановлено, що характер деформування двострижневих положистих тришарнірних систем має ефект проклацування гребеневого вузлу. Встановлено, що разом зі зменшенням кута нахилу стрижнів знижується відносне приведене значення критичного навантаження в залежності від жорсткості горизонтальних опор. Наукова новизна. На підставі теоретичних досліджень деформованої схеми тришарнірної двострижневої похилої ферми з пружними горизонтальними опорами отримано узагальнене аналітичне рішення таких систем. Отримано закономірності впливу пружності горизонтальних опор на стійкість таких систем. Узагальнене аналітичне рішення моделює через жорсткість горизонтальних опор жорсткість кільцевих елементів купольної системи, та визначає загальний вплив жорсткості елементів нижнього ярусу на стійкість конструктивної системи самого верхнього ярусу купола. Практична значимість. Отримане аналітичне рівняння дозволяє визначити раціональні конструктивні параметри кільцевих елементів куполу, для забезпечення стійкості верхнього ярусу.
Анотація (англ): 
The work’s aim is to study the horizontal supports stiffness impact, which simulate the conditions for supporting the domes upper tier on the von Mises trusses' stability. A three-hinged truss' deformed scheme with a concentrated vertical load in the ridge joint was considered. A two transcendental equations' system for the dependence of the load on vertical and horizontal displacements taking into account the rods' compression was obtained. The truss' stability numerical studies were carried out depending on the structure's design geometry.
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: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Дата публікації: 
05 Июль 2022
Номер збірника: 
Університет автора: 
Kyiv National University of Construction and Architecture 31, Povitroflotsky ave., Kyiv, Ukraine, 03037
References: 
  1. Bazhenov V.A., Perelmuter A.V., Vorona Yu.V. Structural mechanics and theory of structures. History essays. – LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbruken, Deutscland, 2017. -580 p.
  2. Bazhenov V.A., Solovei N.A., Krivenko O.P. Modeling of Nonlinear Deformation and Buckling of Elastic Inhomogeneous Shells // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientificand-technical collected articles – Kyiv: KNUBS. – Issue 92, pp. 121-147 (2014), [in Ukrainian]. http://opir.knuba.edu.ua/
  3. Baˇzant Z.P., Cedolin L. (2010) Stability of structures: Elastic, inelastic, fracture and damage theories World Scientific Publishing, Co. 1040 p. https://doi.org/10.1142/7828https: //www.scholars.northwestern.edu/en/publications/stability-of-structures-el...
  4. Bilyk S.I. Optimal form of the geometrical circuitry of the frame carcase with incline elements around functional cubature / Bilyk S. I. // Applied geometry and engineering graphics: Collection of scientific papers/ KNUBA. – К., 2004. – V. 74. – P. 228–235, [in Ukrainian]. Білик С.І. Раціональна форма геометричної схеми рамного каркасу з карнизними похилими елементами навколо функціонального об’єму// Прикладна геометрія та інженерна графіка: міжвід. наук. зб./МОН України, КНУБА. –К., 2004. – V. 74. – P. 228–235.
  5. Bilyk S.I., BilykА.S., Nilova T.O., Shpynda V.Z., Tsyupyn E.I. Buckling of the steel frames with the I-shaped cross-section columns of variable web height // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2018. – Issue 100. – P. 140-154. http: library.knuba.edu.ua/books/zbirniki/12/201604.pdf.
  6. Bilyk Sergiy, Tonkacheiev Vitaliy. Determining sloped-load limits inside von Mises truss with elastic support. Materiali in tehnologije., Ljubljana, Slovenija 52 (2018), 105-109, doi:10.17222/mit.2016.083 http://mit.imt.si/Revija/izvodi/mit182/bilyk.pdf .
  7. Bilyk S.I., Tonkacheiev H.M., Bilyk А.S., Tonkacheiev V.H. Tall von-Mises trusses' skew-symmetric deformation// Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2020. – Issue 105. – P. 114-126. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.114-126
  8. Bilyk S.I., Yurchenko V.V. Size optimization of single edge folds for cold-formed structural members// Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2020. – Issue 105. – P. 73-86. DOI: 10.32347/2410-2547.2020.105.73-86
  9. Bilyk S.I., Tonkacheiev V.H. The influence of direction of the nodal load on stability of the von Mises truss with elastic supports on the example of ribbed domes with rings of steel// Construction, materials science, mechanical engineering.  Section: Innovative lifecycle technology of housing and civil, industrial and transportation purposes – Dnepr: PGASA, 2015. – Issue No 85. – P. 44-49. http://smm.pgasa.dp.ua/article/view/67272
  10. Błażejewski P., Marcinowski J., Rotter M. Buckling of externally pressurised spherical shells. Experimental results compared with recent design recommendations/ EUROSTEEL 2017, September 13–15, 2017, Copenhagen, Denmark, Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin • ce/papers 1 (2017), No. 2 & 3, p.1010-1018. https://doi.org/10.1002/cepa.141
  11. Frantık P. Simulation of the stability loss of the von Mises truss in an unsymmetrical stress state/ Engineering MECHANICS, Vol. 14, 2007, No. 1, p. 155–161 http://www.engineeringmechanics.cz/pdf/14_3_155.pdf
  12. Greco Marcelo, Carlos Eduardo Rodrigues Vicente, Analytical solutions for geometrically nonlinear trusses, Revista Escola de Minas, 62 (2009) 2, 205-214, doi:10.1590/S0370-44672009000200012
  13. Kala Z., Kalina М. Static equilibrium states of von Mises trusses. INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICS, volume 10, 2016, p. 294-298. https://www.researchgate.net/publication/305175165Kala, Zdenek & Kalina, Martin. (2016).
  14. Kala Z. Stability of von-Misses truss with initial random imperfections.Modern Building Materials, Structures and Techniques, MBMST 2016. Procedia Engineering 172 ( 2017 ) p.473 – 480. https://pdf.sciencedirectassets.com/278653/
  15. Kalina, M. Stability Problems of Pyramidal von Mises Planar Trusses with Geometrical Imperfection. International Journal of Theoretical and Applied Mechanics, volume 1, 2016 p.118-123. https://www.iaras.org/iaras/filedownloads/ijtam/2016/009-0018.pdf
  16. Ligarò S.S., Valvo P.S. Large Displacement Analysis of Elastic Pyramidal Trusses. International Journal of Solids and Structures, Vol.43, No.16, 2006, pp. 206-212. 43, pp. 4867-4887. https://www.researchgate.net/profile/Paolo_Valvo/publication/229292690.
  17. Marcinowski J. Stateczność konstrukcji sprężystych // Wroclaw, DWE, 2017, 278 р.
  18. Mikhlin Y.V.: Nonlinear normal vibration modes and their applications, Proceedings of the 9th Brazilian Conference on Dynamics Control and their Applications Serra Negra, (2010), 151-171, http://www.sbmac.org.br/dincon/trabalhos/PDF/invited/68092.pdf, 23.11.2016
  19. R.V. Mises, Über die Stabilitätsprobleme der Elastizitätstheorie, Z. angew. Math. Mech., 3 (1923), 406–422, doi:10.1002/zamm.19230030602 https://onlinelibrary.wiley.com/ doi/abs/10.1002/zamm.19230030602.
  20. R. von Mises, J. Ratzersdorfer, “Die Knicksicherheit von Fachwerken ZAMM 5, pp. 218-235, 1925/ https://doi.org/10.1002/zamm.19250050305
  21. Dynamical Systems V: Bifurcation Theory and Catastrophe Theory // V.I. Arnold, V.S. Afrajmovich, Yu.S. Il'yashenko, L.P. Shil'nikov// Springer Science & Business, New York,1999-272p/. https://scholar.google.com.ua/scholar?q=bifurcation+theory+and+catastrophe+theory&hl =uk&as_sdt=0&as_vis=1&oi=scholart.
  22. Endzhievskij L.V., Tereshkova A.V. Istoriya avarij i katastrof. ISBN978-5-7638-2771-2 SFU- 2013, 440 s. https://znanium.com/catalog/document?id=163542
  23. Barabash М. Some aspects of modelling nonlinear behaviour of reinforced concrete // Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – Kyiv: KNUBA, 2018. – Issue 100. – P. 164-171. http://opir.knuba.edu.ua/files/zbirnyk-100/13-100_barabash.pdf