работа и расчет фланговых угловых сварных швов

Докладчик
Ассистент кафедры
Строительные конструкции И.А. Порываев
Методологический подход
к лабораторным работам в вузе
Обязательным атрибутом любого лабораторного эксперимента
является единство двух категорий знаний:
эмпирических и теоретических.
К эмпирическим методам исследования относят наблюдение,
сравнение, измерение и эксперимент.
К теоретическим – аналогию, идеализацию, формализацию и
др.
С развитием проектных программных комплексов появилась
возможность создания расчетных моделей конструкций практически
любой степени сложности с последующим анализом их НДС. Очень
интересным и перспективным стало сравнение результатов
расчетов исследуемого объекта, полученных:
а) классическими инженерными методами;
б) при помощи проектирующих комплексов;
в) непосредственно экспериментом.
Для получения более полной информации об
исследуемом объекте, целесообразным
представляется рассмотрение трех его моделей:
1.Теоретическая (упрощенная) модель –
идеализированная
модель
объекта,
основанная
на
классическом
инженерном
подходе
(на
основных
теоретических положениях теории сопротивления материалов
и строительной механики).
2.Математическая (КЭ) модель –
конечно-элементная модель (созданная на принципах теории
упругости),
определение
напряженно-деформированного
состояния которой реализуется в современных программных
комплексах.
3.Механическая модель –
лабораторный образец, имитирующий натурную конструкцию
(возможно, в определенном масштабе).
виртуальная лабораторная работа №1
1. Необходимость использования дорогостоящих экспериментальных
установок и чувствительных контрольно-измерительных приборов.
2. Сложность постановки эксперимента.
3. Использование крупноразмерных образцов.
4. Невозможность многократного использования лабораторных образцов
(один образец - один эксперимент)




1. Анализ устойчивости центральносжатой стойки с применением ПК SCAD
2. Определение критической силы (по
Эйлеру) и формы потери устойчивости
3. Определение критической силы по
методике норм проектирования
4. Сравнительный анализ результатов
Теоретические сведения
ПК SCAD
«Ручной» расчет
КОНСТРУКТОР
СЕЧЕНИЙ
Создание расчетной
модели и анализ
устойчивости по
классической теории
Анализ
устойчивости по
классической
теории
Теории
устойчивости
Программа
КРИСТАЛЛ
Анализ
устойчивости по
методике норм
проектирования
Анализ
устойчивости по
методике норм
проектирования
Нормы
проектиров
ания
Изменение одного из
параметров системы и
установление зависимостей
Анализ результатов,
формулирование выводов
Определение
геометрических
характеристик
(КОНСТРУКТОР СЕЧЕНИЙ)
Создание
расчетной модели
Определение
формы потери
устойчивости и
критической силы
Автоматизированный
расчет стойки по нормам
проектирования с
помощью программы
КРИСТАЛЛ
Определение
критической
силы по
формуле Эйлера
Определение
критической
силы по нормам
проектирования
Создание
расчетной
модели
Анализ
устойчивости
2500
Критическая сила, кН
2000
2022
1500
1403
Pэйлер
Рscad
1000
1044
1032
Pсп
870
Pкристалл
790
709
624
568.3
500
505
452.5
371.5
0
79
95
111
127
143
159
Гибкость стойки
Построение зависимостей между гибкостью и критической
силой при использовании различных теорий
Анализ устойчивости балок (местная и общая) и зданий в целом
1. Избегание трудностей, связанных с постановкой физического
эксперимента.
2. Каждый студент выполняет индивидуальный эксперимент (количество
вариантов исходных данных практически не ограничено).
3. Подтверждение автоматизированного расчета «ручным» позволяет
студенту понять основные принципы заложенных в программный
комплекс алгоритмов и методик («общение» с программой не как с
абстрактным «черным ящиком»).
4. Необходимость выполнять исследовательскую работу (анализ ряда
экспериментов, построение зависимостей, сравнение результатов).
5. Внедрение в учебный процесс современных информационнокоммуникационных технологий.
виртуальная лабораторная работа №2



1. Исследование напряженнодеформированного состояния (НДС)
сварных фланговых угловых швов и
соединяемых элементов.
2. Определение характера напряжений в
сварном шве и сравнение полученных
результатов с расчетом по СП.
3. Определение коэффициента
концентрации напряжений фланговых
швов.




Создание и расчет конечно-элементной
модели на ЭВМ с помощью вычислительного
комплекса SCAD. Для упрощения создания
модели используются предварительно
подготовленные схемы-заготовки.
2. Анализ результатов расчета, определение
НДС и коэффициента концентрации.
3. Расчет по теоретическим формулам СП [1].
4. Сравнение результатов и выводы.
Дополнительные операции:
 Закрепление схемы (установка связей)
 Ввод нагрузок
 Назначение жесткостей
конечным элементам
 Статический расчет
Изополя главных
напряжений,
кН/м2 c
отображением
направлений
главных
площадок
Теоретическое
распределение
напряжений в
сварном
фланговом
соединении
Нормальные
напряжения в
средней
пластине,
сечение A-B,
кН/м2
35
30
25
20
15
10
5
0
Нормальные
напряжения в
накладке,
сечение С-D,
кН/м2
60
50
40
30
20
10
0
Нормальные
напряжения в
средней
пластине,
сечение C-D,
кН/м2
60
50
40
30
20
10
0
Плоскость
разрушения
флангового шва
Анализируемый
фрагмент схемы
Коэффициент
концентрации
и определение
среднего
напряжения
n
 SCAD 
 ili
i 1
L

86,82МПа  0,3см  86,37  0,7  68,68 1  ...  63,27  0,3 1024,3МПа  см

 64,019МПа.
8см
8см

N
160 кН

 68,03МПа.
 f  k f  l 0,7  0,012 м  4  (0,08  0,01) м
k max  0,58

l
kf f
 0,58 *
0,08 м
 1,79.
0,012 м * 0,7
68,03  64.019
 100%  5,9%.
68,03
Среднее
напряжение в
шве по формуле
СП (СНиП)
«Стальные
конструкции»
Теоретический
коэффициент
концентрации
Погрешность
определения
напряжений по
СП и SCAD
Представляет интерес
сравнение теоретической
работы сварного шва
(полученное в результате
решения учебной задачи)
и моделирование этого
шва в ВК SCAD Office
Комплексная лабораторная работа №1




1. Изучение работы клеедощатой балки под
нагрузкой
1. Определить величины и характер
распределения нормальных напряжений по
высоте поперечного сечения балки;
Определить модуль упругости клееной
древесины;
Построить теоретический и
экспериментальный графики прогибов балки.
A.
Инженерные методы расчета
B.
Программы сателлиты ПК SCAD
C.
ПК SCAD
D.
Результаты натурных испытаний
лабораторного образца
Определение напряжений и деформаций по нормам проектирования
Использование
программы
ДЕКОР
Анализ различных КЭ моделей балки
1.
Стержневая модель
2.
Изотропная пластинчатая модель
3.
Ортотропная пластинчатая модель
4.
Модель из объемных элементов
№ Модель
1 Теоретическая
Напряжение, Кисп I
Прогиб, см
Кисп II
σmax, МПа
(Pi, кН)
(Pi, кН)
(Pi, кН)
1,60Pi
0,123Pi
0,122Pi
-
-
-
0,122Pi
-
3 Плоская изотропная SCAD
1,64Pi
0,126Pi
0,124Pi
-
4 Объемная изотропная SCAD
1,71Pi
0,131Pi
0,124Pi
-
5 По СП с учетом сдвига
1,60Pi
0,123Pi
0,137Pi
0,117Pi
-
0.123Pi
0,138Pi
0,118Pi
0,151Pi
0,129Pi
0,137Pi*
0,117Pi*
2 Стержневая SCAD (48 элементов)
6 ДЕКОР (SCAD)
7 Плоская ортотропная SCAD
1,62Pi
0,125Pi
График упругих деформаций
7
6.498
6
5.68
Прогиб f, мм
5
4.83
4.074
4
3.214
3
2.405
2
1.594
1
0.809
0
0
0
1
2
3
4
5
Узловая нагрузка Pi, кН
6
7
8
Каждому студенту выполнять индивидуальный эксперимент;
Внедрять в учебный процесс современные расчетные комплексы для
решения конкретных задач
Получить базовые знания о методиках и подходах реализованных в
программном продукте
Использовать различные методики, обобщать и сравнивать полученные
результаты, формулировать выводы
ОДНАКО, максимальный эффект от виртуальных работ
достигается при их выполнении совместно с физическим
экспериментом на испытательном оборудовании