Несущая способность и оптимизация стальных тонкостенных балок

• Автор: Полтораднев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 216 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ I РОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Конструктивные решения стальных тонкостенных балок двутаврового сечения. Особенности работы под
нагрузкой.

1.2. Краткий исторический очерк развития теоретических

исследований.

1.2.1. Анализ развития теорий расчета балок с гибкой стенкой.

1.2.2. Теория расчета балок с гофрированной стенкой

1.3. Требования к расчету тонкостенных балок в российских и

зарубежных нормативных документах

1.3.1. О современном состоянии российских
строительных норм
1.3.2. Бачки с гибкой стенкой в российских и
европейских нормах.
1.3.3. Методы расчета балок с гофрированной стенкой
в разных странах.
1.4. Мировой опыт применения стальных тонкостенных балок
1.5. Цель и задачи исследования.
2. МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
ТОНКОСТЕННЫХ ДВУТАВРОВ.
2.1. Цель оптимизации. Выбор критерия оптимальности.
2.2. Целевая функция
2.3. Граничные условия оптимизации
2.3.1. Неизменяемые параметры
2.3.2. Варьируемые параметры.
2.4. Ограничения функции
2.5. Математическая постановка задачи оптимизации.
2.6. Результаты решения задачи оптимизации
2.7. Выводы.
3. СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ ТОНКОСТЕННЫХ БАЛОК.
АДАПТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ СИНТЕЗА ДЛЯ ВАРИАНТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.
3.1. Роль структурного синтеза в задачах оптимизации
3.2. Решение задачи синтеза на примере тонкостенных балок
двутаврового сечения.
3.3. Условия компоновки составных элементов синтезированных
3.3.1. Основные положения
3.3.2. Зависимость напряженного состояния отсека
от его расположения в пролете
3.3.3. Влияние длины отсека на его несущую способность.
3.3.4. Инженерные формулы для назначения
переменной длины отсеков
3.4. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИХ СТРУКТУРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ.
4.1. О модели для вычислительного эксперимента
4.2. Обоснование и выбор метода исследования ТДС
4.3. Выбор программного комплекса. Сравнительная характеристика
результатов натурных и вычислительных экспериментов.
4.4. Численное исследование НДС новых видов тонкостенных балок.
4.5. Выводы
5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТОНКОСТЕННЫХ ДВУТАВРОВЫХ
БАЛОК С ВАРЬИРУЕМОЙ ПРОЧНОСТЬЮ ОТСЕКОВ
5.1. Методика оценки эффективности новых конструктивных
решений.
5.2. Эффективность расположения ребер жесткости с переменным
шагом.
5.3. Эффективность упрочнения опорного отсека путем
гофрирования стенки.
5.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Г. Бубнову предложить метод расчета пластинок, входящих в состав обшивки корабля. Позже, в конце -х, начале -х годов XX века начинаются исследования гибких пластин, работающих в условиях стенки двутавровой строительной балки. Традиционно в этой области науки принято выделять два направления развития исследований. Первое направление связано с применением упомянутых выше дифференциальных уравнений теории гибких пластин и нелинейной теории упругости. Большой вклад в развитие этого направления внесли зарубежные ученые С. Бергман [9], И. Дюбек [2], Я. Равингер [8] 3. Садовский [3]. И.И. Ааре [1|, М. Д. Корчак [], Б. М. Броудс [ ], В. И. Моисеев [], И. К. Погадаев [] и др. Ряд исследователей для более точного описания закритического поведения гибких пластин использовали дифференциальные уравнения, полученные Ю. Р. Лепиком, в которых учитывается геометрическая и физическая нелинейности, среди них: A. A. Евстратов [], НЛ. Ершов и др. Формированию второго направления способствовало увеличение к -м годам объема экспериментальных исследований, позволившее предложить простые геометрические модели предельного состояния отсеков в разных условиях нагружения. Для настоящей работы больший интерес представляет именно это направление, по причине его практического применения как основы для нормативных требований к расчету бачок с гибкой стенкой. В году Г. Вагнер [], опираясь на результаты испытаний алюми-ниевых балок, показал, что в стенке после потери устойчивости развивается диагональное поле растягивающих напряжений. При этом Г. Автором предложен метод расчета клепаных балок с гибкой стенок для летательных аппаратов. Во второй половине -х годов в ЦАГИ АЛО. Ромашевским [] и В. М. Стригуновым [] поставлены эксперименты для проверки точности расчетных формул Г. Вагнера. В результате испытаний тонкостенных балок из алюминия, дюралевых и хромомолибденовых металлов, установлены значительные несовпадения теоретических и экспериментальных напряжений в стенке. Полученные расхождения авторы объясняют тем, что методика Вагнера не учитывает податливості» контура стенки, а также развитие в стенке сжимающих напряжений, которые направлены перпендикулярно растянутой складке. Из этого сделан вывод, что указанная методика применима лишь для балок с очень жесткими поясами, в которых ребра прикрепляются к стенке заклепками. Ряд экспериментов, проведенных К. Баслером и Б. Тюрлиманом [8], позволил в г. Предельная поперечная сила представлена авторами в виде суммы слагаемых, одно из которых ((Зсг) вызывает потерю устойчивости стенки, а второе (<2,/) - дальнейшее развитие напряжений в закритической стадии. К. Бас-лер установил, что в натянутой полосе действует как растягивающее так и касательное напряжение тсг. Описанный метод не учитывает жесткость поясов и неточно описывает действительную работу' стенки. Несмотря на это, метод К. Баслсра и Б. Тюр-лимана лег в основу норм проектирования тонкостенных балок Американского института стальных конструкций А1БС. Попытка учесть влияние жесткости поясов сделана И. Фуджии в г. Таким образом, И. Фуджии установил, что в предельном состоянии в поясах образуются шарниры пластичности, однако их положение не связывалось с жесткостью поясов, а принималось априорно посредине отсека (рис. Рис. Предельное состояние отсека по И. Фуджии. Примерно в это же время К. Рокки и М. Шкалоуд [2] поставили в зависимость расстояние с от ребра жесткости до пластического шарнира, рассмотрев условие равновесия сжатого пояса (рис. Натянутую складку, которая образуется в тонкой стенке после ее деформации авторы называют пластической полосой, поскольку в состоянии, близком к предельному, напряжения в складке достигают предела текучести. Д(1,5зт2а)2 - з). С'1(т1 -$п2а+тсг •/? Для отсеков в условиях чистого изгиба К. Рокки и М. Шкалоуд используют расчетную схему К. Дальнейшие исследования в работах Б. М. Броуде [], М. В. Предте-ченского [], М. Д. Корчака [] в основном были направлены на совершенствование модели К. Рокки и М. Шкапоуда. Рис. Расчетная схема предельного состояния отсека, предложенная К. Рокки и М. Шкалоудом.