Конечно-элементный анализ прочности и долговечности узла телекоммуникационной башни

1. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
1
КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ
УЗЛА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ БАШНИ
Работу выполнили: Новожилов Ю.В. (аспирант каф. МПУ),
Михалюк Д.С. к.т.н.,
Боровков А.И. к.т.н., проф.
Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах,
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2010

2. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
2
Объект исследования
• Высота башни 60 м
• Материал сталь С345, Ст20

3. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
3
3D КЭ модель
Пространственные квадратичные элементы
Число элементов (NE) 138 967
Число узлов (NN) 607 451
Число степеней свободы (NDOF) 1 822 353

4. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
4
Материалы
сталь марки С345 (упругопластическая модель)
сталь марки Ст20 (упругопластическая модель)
металл сварного шва (упругая модель)
металл болтов (упругопластическая модель)
Упругопластическая модель С345 Упругопластическая модель С20

5. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
5
1. нагрузка (сжатие/растяжение)
2. симметрия
3. запрет вертикальных (UY) перемещений
4. контантактное взаимодействие
5. предварительный затяг болтов
Граничные условия
4

6. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
6
Сжатие
Распределение эквивалентных напряжений
Растяжение
Ϭi, МПа
       222222
6
2
1
xzyzxyxzzyyxi  

7. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
7
Распределение эквивалентных напряжений в болтах
Ϭi, МПа
       222222
6
2
1
xzyzxyxzzyyxi  

8. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
8
Обновление конструкции
Замена болтов класса прочности 8.8 на 12.9
Класс прочности болтов 8.8 12.9
Усилие предварительного натяжения в болтах 71 кН 160 кН
Расчетное сопротивление металла болтов по
пределу текучести
400 МПа 900 МПа

9. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
9
Растяжение (исходная конструкция)
Обновленная конструкция
Растяжение (обновленная конструкция )
Ϭi, МПа
       222222
6
2
1
xzyzxyxzzyyxi  

10. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
10
Распределение эквивалентных напряжений в болтах
Ϭi, МПа
       222222
6
2
1
xzyzxyxzzyyxi  

11. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
11
Выводы
• В исходной конструкции эквивалентные напряжения превышают
предельные значения в трубах поясов случае растягивающих усилий.
• Предложено использовать болты большего класса прочности и повысить
в них усилия предварительной затяжки.
• В измененной конструкции не наблюдается зон пластической
деформации.
• По итогам работы представлены рекомендации по изменению проектной
документации.

12. C.-Петербургский государственный политехнический университет
Лаборатория “Вычислительная механика” (CompMechLab)
ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence
www.fea.ru
12
Спасибо за внимание!