X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Наиболее перспективными легкими конструкциями в строительстве, машиностроении, судостроении, авиации, космонавтике являются многослойные конструкции, имеющие высокую жесткость при малом весе. Особенно, это относится к трехслойным конструкциям (ТК) с сотовыми заполнителями [3]. По сравнению с традиционными однослойными, трехслойная конструкция обладает повышенной жесткостью и прочностью, что позволяет уменьшить толщину оболочек, панелей и число ребер жесткости, которые существенно уменьшают массу конструкции. При создании трехслойной конструкций возникает необходимость соединения её элементов. Применение в трехслойных конструкциях клеев позволяет надежно и достаточно прочно соединять разнородные металлы разной толщины и исключает необходимость сверления отверстий, изготовления болтов и заклепок. Процесс соединения становится более простым и дешевым, а конструкция более легкой.

При использовании клеев в металлических силовых конструкциях особое значение приобретает расчет прочности клеевых соединений. Длительное нагружение снижает прочность клеевых швов. В связи с этим возникает необходимость учета в расчетах прочностные характеристики клея.

Целью исследований ставилось изучение теоретических и экспериментальных параметров влияния на несущую способность ТК соединительного клея и разработка методики моделирования расчета ТК с учетом прочностных характеристик клея в программном комплексе «ЛИРА-САПР». Отметим, что расчет был выполнен методом конечных элементов, реализованный в программном комплексе «ЛИРА-САПР».

В качестве расчетной схемы использовалась система вертикальных и горизонтальных пластин (рис.1).

Исходя из вида работы и напряженно-деформированного состояния элементов в качестве расчетных были приняты четырех- и трех узловые конечные элементы пологих оболочек [1].

а) б)

Рисунок 1. Трехслойная балка: а) общий вид; б) сотовый заполнитель

Конструкция трехслойной балки сама по себе является весьма жесткой при работе на плоский изгиб, что делает ее весьма привлекательной для применения в реальных конструкциях, особенно учитывая ее относительную легкость [2]

Методика компьютерного моделирования включала в себя следующие основные этапы:

1 – задание типа конечных элементов (КЭ): КЭ 41 – предназначен для прочностного расчета тонких пластин;

2 – определение свойств материалов:

– несущие слои (горизонтальные пластины) – толщина 1мм, материал: алюминий АМГ2-Н (Е=69000МПа, ν=0,34, ρ=26,8кН/м³);

– сотовый заполнитель с размерами грани ячейки r=5мм (вертикальные пластины) – толщина 0,12мм, материал: алюминий Д16-АТ (Е=69000МПа, ν=0,34, ρ=26,8кН/м³);

– клеевой слой – толщина 0,24мм, материал: клей ЭД-20 (Е=3000 МПа, ν=0,27, ρ=12,9 кН/м³).

3 – из вертикальных и горизонтальных пластин собирается расчетная модель. Работа клеевого соединения аппроксимируется постановкой четырех узловых пластинчатых элементов, связывающих элемент заполнителя с элементами несущего слоя [4], [5];

4 – выполняется разбивка пластинчатых элементов на элементарные конечные элементы прямоугольной и треугольной формы;

5 – назначение граничных условий – балка по двум концам защемлена;

6 – задание нагрузок на балку (задаются в кН/м²)

7 - формирование результатов расчета и их дальнейший анализ.

Далее для проверки достоверности результатов компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ полученных данных на ПК «ЛИРА-САПР» с экспериментальными данными, полученные при испытании балок в лаборатории кафедры «Строительных конструкций и гидротехнических сооружений» ДГТУ.

Параметр	ПК «ЛИРА-САПР»	Эксперимент	Расхождение, %
Напряжения, МПА	10.49	9.79	6,67
Максимальный прогиб, см	0.018	0,016	11,11

Таким образом, сравнение результатов экспериментальных данных и результатов численного расчета на ПК «ЛИРА-САПР» подтверждает достоверность выбранной расчетной модели для трехслойной балки, так как наблюдается небольшое расхождение: разница в результатах напряжений не превышает 7%, а для прогибов – 12%. Подводя итог, можно сказать, что данную методику можно использовать в дальнейших исследованиях трехслойных конструкций с учетом влияния на несущую способность клеевого шва.

Список литературы

Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов. 2009г, 360стр.

Иванов А.А., Гофин М.Я. Механика сотовых заполнителей: Справочное пособие Т.1. Московский лесотехнический институт, 1989. С.315.

Кобелев В.Н., Коварский Л.М., Тимофеев С.И. Расчет трехслойных конструкций// М.: Машиностроение, 1984. 304с.

Устарханов О.М., Булгаков А.И., Гаджиев М.Д. Совершенствование моделей расчета трехслойных конструкций// Тезисы докладов XXII научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ. Махачкала, 1999. С.52-54.

Устарханов О.М., Булгаков А.И., Муселемов Х.М., Устарханов Т.О. Расчет трехслойных балок с учетом клеевого шва по методу конечных элементов с помощью ПК ЛИРА. // Известия высших учебных заведений северокавказский регион. - Ростов-на-Дону, №5. 2012. С.69-72.

Код для цитирования: Скопировать