Скінченно-елементне двоетапне моделювання параметрів напружено-деформівного стану плоскої ферми з паралельними поясами

Максим Омелян

doi:10.20535/2521-1943.2024.8.4(103).315657

Автор(и)

Максим Омелян Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя , Україна https://orcid.org/0009-0008-7501-5318

DOI:

https://doi.org/10.20535/2521-1943.2024.8.4(103).315657

Ключові слова:

плоска ферма, скінченні елементи, напружено-деформівний стан, ANSYS Workbenc, LIRA-SAPR 2016 R5

Анотація

У даній роботі досліджується плоска ферма з паралельними поясами, виготовлена зі сталі ВСт3пс. За допомогою двоетапної методики чисельного моделювання, що базується на застосуванні програмних комплексів ЛІРА-САПР 2016 R5 та ANSYS Workbench 14.5. вивчено напружено-деформівний стан (НДС) такої ферми.
Основною проблемою є підвищення точності визначення параметрів НДС плоских ферм, що дозволить знизити їх матеріалоємність і трудомісткість проєктування. Це сприятиме оптимізації виробничих процесів у будівництві та інженерії.
У роботі запропоновано двоетапну методику моделювання, яка передбачає використання двох програмних комплексів. На першому етапі створено скінченно-елементну модель в ЛІРА-САПР, де визначено попередні параметри НДС. На другому етапі цю модель деталізовано в ANSYS Workbench. Виявлено критичні зони у вузлах ферми, де напруження максимальні, що має ключове значення для подальшого проєктування.
Ефективність моделювання пояснюється інтеграцією даних з обох програмних комплексів. Це дозволяє компенсувати обмеження кожного з них окремо, зокрема у моделюванні вузлів з концентрацією напружень. Методика забезпечує наочність параметрів НДС, що сприяє ефективному аналізу отриманих даних.
Робота демонструє ефективність двоетапного підходу до моделювання НДС, що дозволило досягти ефективності при визначенні параметрів напружено-деформівного стану ферми. Поєднання ЛІРА-САПР та ANSYS дозволяє ефективно враховувати як загальні міцністні характеристики конструкції, так і локальні деформації та зони концентрацій напружень.
Результати дослідження можуть бути застосовані в будівництві промислових і громадських споруд, мостів, а також в інших галузях, зокрема в машинобудуванні, де використовуються ферми з паралельними поясами. Методика забезпечує оптимізацію матеріальних витрат і трудозатрат під час проєктування, що є критично важливим для масштабних інженерних проєктів.

Посилання

Ya. Kovalchuk, N. Shynhera, Ya. Shved and V. Voronchak, “Fatigue damage of the heel joint of welded roof truss”, Scientific Journal of the TNTU, vol. 99, no. 3, pp. 28–33, 2020. DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.03.028.
M. Basara, Ya. Kovalchuk and N. Shynhera, “Durability of a welded truss under cyclic loads”, Innovative Solution in Modern Science, vol. 5, no. 41, pp. 147–158, 2020. DOI: https://doi.org/10.26886/2414-634X.5(41)2020.11.
Ya. Kovalchuk, N. Shynhera and Ya. Shved, “Formation of input information arrays for computer simulation of welded trusses behavior under thermal force effects”, Scientific Journal of the TNTU, vol. 110, no. 2, pp. 118–124, 2023. DOI: https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2023.02.118.
H. Liu, Z. Yang, T. Zhou, L. Wang and Z. Chen, “Study on updating finite element model of steel truss structure based on knowledge-enhanced deep reinforcement learning”, Engineering Structures, vol. 316, p. 118576, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118576.
F. Parisi, A. M. Mangini, M. P. Fanti and J. M. Adam, “Automated location of steel truss bridge damage using machine learning and raw strain sensor data”, Automation in Construction, vol. 138, p. 104249, 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2022.104249.
M. Hohol, G. Gasii, V. Pents and D. Sydorak, "Structural–parametric synthesis of steel combined trusses", in Proceedings of the 3rd International Conference on Building Innovations (ICBI 2020), vol. 181. Cham: Springer International Publishing, 2021, pp. 163-171. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-85043-2_16.
S. Hudz, L. Storozhenko, G. Gasii and O. Hasii, "Features of operation and design of steel sloping roof purlins", in Proceedings of the 2nd International Conference on Building Innovations (ICBI 2019), vol. 73. Cham: Springer International Publishing, 2020, pp. 65–73. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-42939-3_8.
T. N. Huynh, D. T. T. Do and J. Lee, “Q-Learning-based parameter control in differential evolution for structural optimization”, Applied Soft Computing, vol. 107, p. 107464, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asoc.2021.107464.
A. Kaveh, N. Khodadadi and S. Talatahari, “A comparative study for the optimal design of steel structures using CSS and ACSS algorithms”, International Journal of Optimization in Civil Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 31–54, 2021. Available: https://ijoce.iust.ac.ir/article-1-464-en.pdf.
N. Khodadadi and S. Mirjalili, “Truss optimization with natural frequency constraints using generalized normal distribution optimization”, Applied Intelligence, vol. 52, no. 9, pp. 10384–10397, 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/s10489-021-03051-5.
E. B. Strelets-Streletsky, A. V. Zhuravlev and R. Yu. Vodopyanov, LIRA-CAD. Book I. Fundamentals. LIRALAND, 2019, 154 p.
V. Vasylkiv, L. Danylchenko, D. Radyk and O. Dyvdyk, Methodical workshop on the topic: "Engineering analysis in Ansys Workbench" in the discipline: "Computer modelling of materials processing processes". Ternopil: Ivan Pulyu Ternopil National Technical University, 2021, 58 p. Available: https://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/35162.