Введение к работе
Актуальность работы. Создание легких и прочных конструкций в современной промышленности является актуальной задачей. Во многих отраслях современной промышленности широко используются металлические двухслойные плоские и цилиндрические панели из холодногнутых тонкостенных профилированных листов, которые применяются в качестве несущих и ограждающих элементов: стенки резервуаров, кожухи и защитные оболочки, элементы в составе машин и авиатехники, несущие покрытия, стеновые панели, и т.д.
Слои в таких панелях связаны между собой тонкостенными холодногнутыми пластинчатыми элементами различного профиля (Z, , C, E – образного сечения). Связевые элементы работают в режиме изгиба с растяжением-сжатием, объединяют внешний и внутренний слои, обеспечивая жесткость панели, передачу усилий между слоями и совместность работы слоев панели.
На сегодняшний день отсутствует методика назначения геометрических параметров связевых элементов плоских и цилиндрических панелей, которые обеспечивали бы их прочность, устойчивость и жесткость при совместной работе слоев.
Расчеты таких панелей производят с помощью конечно-элементных моделей, зачастую с применением натурного эксперимента. И то, и другое весьма трудоемкие процессы, требующие большого количества времени и существенной материальной базы. Как альтернатива этому В.Д. Белым, З.Н. Соколовским и С.А. Макеевым была разработана математическая модель двухслойных плоских и цилиндрических панелей, которая основана на представлении слоев панелей стержнями эквивалентной жесткости.
Однако в этой модели не учтено влияние продольных сил в связевых элементах от действия внешних нагрузок при совместной работе связей со слоями панелей.
Анализ практики проектирования показал, что в расчетах накапливаются большие запасы по прочности и жесткости в связевых элементах, а следовательно возрастает расход стали на конструкцию, увеличивается собственный вес панелей, что приводит к их удорожанию.
Следовательно, разработка методики статического расчета металлических тонкостенных профилированных связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей исходя из обеспечения их прочности и жесткости является актуальной задачей.
Предмет исследования: двухслойные плоские и цилиндрические панели.
Объект исследования: связевые элементы Z-, C-, -образного сечения.
Цель диссертационной работы:
Разработка методики статического расчета металлических тонкостенных профилированных связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей исходя из обеспечения их прочности и жесткости при нагружении конструкций с учетом совместной работы элементов.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
1. Уточнить математическую модель напряженно-деформированного состояния (НДС) связей с учетом действия продольных сил в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей при совместной работе элементов конструкций.
2. Разработать методику конструирования связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей из условия обеспечения их прочности и жесткости при совместной работе элементов конструкции.
3. Экспериментально исследовать НДС связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей и оценить точность разработанной методики по расчету связевых элементов.
Научная новизна работы:
- учтено влияние продольной силы на НДС связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей при их совместной работе;
- разработана методика конструирования связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей из условия обеспечения их прочности и жесткости при совместной работе элементов конструкции;
- определено НДС связевых элементов с учетом геометрической нелинейности и совместности работы элементов конструкции.
Обоснованность и достоверность полученных результатов базируется на основе общей теории механики и расчетов численными методами, подтвержденных экспериментальными исследованиями.
Практическая значимость работы заключается в разработке и реализации в программном комплексе методики расчета двухслойных плоских и цилиндрических панелей на прочность, жесткость при совместной работе элементов конструкций. Результаты исследований переданы в ООО «Монтажпроект» в виде графических зависимостей и таблиц, отражающих рекомендуемые геометрические параметры связевых элементов, критические нагрузки для всего сортамента профилей.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель НДС связей в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей с учетом:
- влияния продольной силы на НДС связевых элементов в составе двухслойных плоских и цилиндрических панелей при совместной работе элементов конструкции;
- возможной потери общей устойчивости связевых элементов в составе конструкций;
- возможной потери местной устойчивости стенок связевых элементов;
- возможной работы связевых элементов в режиме растяжения с изгибом;
- возможности определения напряжения в связевых элементах в геометрически нелинейной постановке.
2. Инженерная методика конструирования связевых элементов в составе двухслойных панелей исходя из условий обеспечения прочности и жесткости.
3. Результаты экспериментальных исследований НДС связевых элементов двухслойных плоских и цилиндрических панелей.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на V-VI Всероссийской НТК студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (г. Омск, СибАДИ, 2010-2011); 63-66-ой научно-технической конференции ГОУ СибАДИ (г. Омск, СибАДИ, 2009-2012); научно-практической конференции « Модернизация жилищно-строительного комплекса в субъектах Сибирского Федерального округа» (г. Омск, 2011). На заседаниях и научных семинарах кафедры «Строительные конструкции» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
