Приложение Д. Особенности конечно-элементного моделирования

Приложение Д

Особенности конечно-элементного моделирования

Д.1 Построение конечно-элементной модели зависит от типа решаемой задачи, а именно:

1) определение напряженно-деформированного состояния конструкций моста в соответствии с требованиями предельных состояний по несущей способности и эксплуатационным качествам;

2) определение напряженно-деформированного состояния в отдельных точках конструктивных элементов или узлов мостов для выполнения детальных и уточненных проверок, например на выносливость, местную устойчивость, искажение форм поперечных сечений конструктивных элементов, развитие пластических деформаций в локальных зонах с концентрацией напряжений, для оценки работы соединительных элементов (сварных швов, болтов, заклепок и т.д.), особенностей напряженно-деформированного состояния в опорных узлах и т.п.

Д.1.1 При решении задач типа 1-го типа требуется построение пространственной расчетной схемы, включающей, по возможности, все основные и вспомогательные конструктивные элементы моста - ригели, колонны, настилы проезжей части, связи и т.д. Возможно значительное количество таких конструктивных элементов.

Д.1.2 При решении задач 2-го типа требуется детальное геометрическое построение конструктивных и узловых элементов. В этом случае конечно-элементное моделирование необходимо выполнять с применением объемных, оболочечных, плоских, мембранных и других конечных элементов. При этом допускается применять рассмотрение отдельного конструктивного элемента, узла либо фрагмента с граничными условиями, полученными из решения соответствующей задачи 1-го типа.

Вырезка фрагмента осуществляется сечениями, отстоящими от расчетной точки (например, центра конструктивного узла) на расстояние не менее пяти высот сечения разрезаемого стержневого элемента.

Затем решают соответствующую локальную задачу для вырезанного конструктивного фрагмента. При корректном моделировании и условии линейного роста внутренних усилий в конструкции по границам фрагмента результаты решения локальной задачи 2-го типа не будут противоречить решению соответствующей задачи 1-го типа.

Д.1.3 Для легких металлических тонкостенных конструкций такое соответствие может нарушаться. В этом случае необходимо для расчетного конструктивного элемента определить предельные несущие способности по методикам задач 1-го и 2-го типов, вычислить корректирующий коэффициент, представляющий собой отношение результата решения задачи 2-го типа к результату решения задачи 1-го типа, и скорректировать общую несущую способность всего сооружения путем умножения на этот коэффициент.

Примечание - Допускается вместо вырезки фрагмента встраивание его непосредственно в более простую стержневую конечно-элементную модель всего сооружения с помощью жестких конечных элементов.

Д.2 Расчеты в геометрически и физически нелинейной постановке

Д.2.1 Расчет в геометрически нелинейной постановке в ходе пошагового нагружения сопровождается изменением координат узлов конечно-элементной модели на каждом шаге, что позволяет учитывать историю нагружения конструкции (например, в ходе строительства) и более точно отразить процесс деформирования, имеющий место при нагружении реальной конструкции.

Д.2.2 Расчет в физически нелинейной постановке осуществляется совместно с геометрически нелинейной постановкой, что позволяет оценивать поведение конструкции за пределами упругости вплоть до наступления полной потери несущей способности или при оценке живучести конструкции (см. раздел 16 и приложение Г).

Для расчетов в физически нелинейной постановке необходимо наличие упруго-пластической диаграммы деформирования материала, которая может быть получена при испытаниях образцов материала на растяжение до разрушения.

В отсутствие экспериментальных данных может быть составлена условная упруго-пластическая диаграмма, состоящая из двух прямолинейных участков.

Для ее построения необходимо знание следующих физико-механических характеристик материала, которые могут быть получены из соответствующих стандартов или справочных данных:

- модуль упругости Е;

- коэффициент Пуассона ;

- предел текучести ;

- временное сопротивление ;

- максимальная деформация .