Силосы представляют собой вертикальную цилиндрическую или прямоугольную емкость с плоским или конусным днищем с отверстием (окном) и плоской крышей, предназначенную для хранения и транспортировки сыпучих материалов. Силосный корпус устанавливается на металлическую опорную раму, высота которой зависит от целей использования силоса, его конструкции. Для надежной и эффективной эксплуатации силоса на него монтируется различное технологическое оборудование, например, датчики уровней, вибраторы, рукавные фильтры и аэрационные устройства, предназначенные для равномерного распределения продукта внутри емкости и обеспечения текучести продукта во время его отпуска, моечные головки, краны отбора проб, смотровые стекла, воздуховоды и т.д.
При изготовлении несущих конструкций в основном используется двутавровое или коробчатое сечение (в зависимости от объема силоса и насыпной плотности материала). В процессе эксплуатации происходит достаточно активная коррозия элементов, как из-за атмосферных осадков, так и воздействия хранящихся продуктов. Нами была сделана попытка сравнения возможностей программного комплекса SCAD Office 11. 5.3 и программы [1], основанной на методике определения НДС, изложенной в [2-4] на примере двутавра.
Комплекс SCAD Office 11. 5.3 используется при решении достаточно широкого спектра задач, в том числе расчет и исследование напряженно-деформированного состояния различных элементов, анализ устойчивости, как самих конструкций, так и их составляющих. Предусмотрена возможность задания различных видов материалов, включая гиперупругие и композитные. Несмотря на то, что комплекс представляет возможность задания различных толщин при «сшивании» элементов, для снижения трудоемкости в обоих случаях использовалось приведенное сечение (рис. 1). Расчетные толщины элементов определялась из условия сохранения площади сечения:
; 
,
где Antf; Antw – площади поясов и стенки с учетом коррозии.
Рис. 1. Сечение: а – действительное; б – приведенное
При создании моделей стенка или пояс разбивались на большое количество конечных элементов (КЭ) для повышения точности расчета и выделения опасных зон. Шаг разбивки принимался равным 0,01 м в обоих случаях. Каждая единица КЭ представляет собой прямоугольную «пластинку». В исходных данных комплекса все «пластинки» были сшиты в единое целое, образуя стенку, разбитую на сектора.
Пояса элементов задавались как четырех-узловые пластины, имевшие свою жесткость и толщину, после чего с помощью программной функции «дробление 4-х узловых пластин» разбивались так чтобы размеры одного КЭ так же были равны 1см .
Нагрузка прикладывалась с эксцентриситетом, устанавливаемым с помощью функции «абсолютно твердое тело» (ниже АТТ). Размеры АТТ задавались узлами, входящими в него таким образом, чтобы эксцентриситет был равен необходимой величине.
Сравнивались модели двутавровых элементов симметричного и асимметричного сечения с характеристиками аналогичными экспериментальным [5]: длина 5 м; толщина полок 4 мм; толщина стенки 2,2 мм. Ширина полок для симметричного сечения 100 мм, для асимметричного: сжатой – 120 растянутой – 50. В качестве материала принята «сталь обыкновенная» Ry = 270 МПа из сортамента комплекса SCAD Office. Характеристики данной стали наиболее близки со сталью ВСт3сп3 НО 14637-89, использованной для изготовления испытанных моделей (предел текучести материала стенки σт=265МПа, поясов σт=260МПа ). В программе задавались непосредственно значения пределов.
Величина ступени загружения составляла: 20 кН на первом этапе (от 20 до 80 кН) и 5 кН на втором (с целью уточнения величины критической нагрузки). Результаты в обоих случаях выводились в напряжениях и деформациях.
Для симметричного двутавра вплоть до нагрузки 80 кН (примерно соответствует краевому напряжению, равному пределу пропорциональности материала) экспериментальные и расчетные величины деформаций практически совпадают. Невязки составляют 5-7%. Однако экспериментальные кривые изгибаются чуть более полого. При больших нагрузках теоретическая кривая имеет меньший угол наклона (возможно, это связано с различием механических характеристик материала виртуальной модели и опытных образцов).
Исчерпание несущей способности наступало в результате потери устойчивости сжатыми поясами моделей в зоне между раскрепляющими упорами при нагрузках 105-110 кН, как в теоретических, так и в экспериментальном случаях. Общие теоретические деформации превышали экспериментальные на 23-36%. Потеря устойчивости сжатого пояса сопровождалась выпучиванием стенки и искривлением за счет этого верхних поясов.
Таким образом, можно констатировать возможность применения как программного комплекса SCAD Office 11.5.3, так и программы [1] для оценки остаточной несущей способности внецентренно-сжатых элементов, как симметричного, так и асимметричного двутаврового сечения. Следует отметить необходимость расширения базы металлов SCAD Office или создание возможности ручного ввода физико-механических характеристик материала (пределы пропорциональности, упругости, текучести) и условий сварки (тип, катет шва, расчетное сопротивление).
Библиографическая ссылка
Якунина Е.А., Новикова Н.О., Буланова В.О. ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОСОВ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-2. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12387 (дата обращения: 21.11.2024).