Projektowanie konstrukcji stalowych przy użyciu metody elementów skończonych
Równanie Joukowsky’ego w ocenie uderzenia hydraulicznego i maksymalnego możliwego ciśnienia płynu wewnątrz rury.
29 grudnia, 2022
Zastosowanie obliczeń wytrzymałościowych w analizie wytrzymałości materiałów i konstrukcji
16 stycznia, 2023
Ten artykuł pomoże Ci zrozumieć podstawy projektowania konstrukcji stalowych, metodę elementów skończonych i jak ją wykorzystać w swoich projektach. Dowiesz się również, dlaczego obliczanie wytrzymałości konstrukcji ma kluczowe znaczenie już na etapie projektowania.
MES, czyli metoda elementów skończonych to technika analizy numerycznej, którą można wykorzystać do rozwiązywania problemów w inżynierii i innych dziedzinach, które można zdefiniować przez układ równań różniczkowych. W projektowaniu konstrukcji stalowych metoda elementów skończonych jest wykorzystywana do określenia maksymalnej możliwej wytrzymałości konstrukcji, która zostanie poddana różnym obciążeniom.
W tym artykule wyjaśnimy, jak używać tego narzędzia do własnych projektów i jak wygląda cały proces projektowania konstrukcji stalowych.
Spis treści
Wprowadzenie: Czym są konstrukcje stalowe i jakie jest ich zastosowanie?
Konstrukcje stalowe są wykorzystywane w inżynierii przy wznoszeniu budynków, mostów i innych dużych konstrukcji. Są rodzajem inżynierii budowlanej, w której głównym materiałem podporowym jest stal.
Są budowane przy użyciu belek, słupów i dźwigarów. Belki zapewniają wsparcie poziome, podczas gdy kolumny zapewniają wsparcie pionowe. Dźwigary są umieszczone między belkami, aby stworzyć mocną ramę.
Zastosowanie konstrukcji stalowych wynika głównie z ich wytrzymałości i niskiego kosztu w porównaniu z innymi materiałami, takimi jak beton czy drewno. Stal jest również stosunkowo łatwa w obróbce, co ułatwia inżynierom projektowanie konstrukcji o skomplikowanych kształtach. Proces ten byłby znacznie trudniejszy w przypadku innych, trudniej obrabialnych materiałów.
Konstrukcje stalowe są najczęściej używane do podtrzymywania dużych ciężarów. Między innymi takich jak te znajdujące się w wysokich budynkach, mostach i innych podobnych strukturach.
Jak konstrukcja wytrzymuje obciążenia? – Projektowanie konstrukcji stalowych
Elementy konstrukcyjne budynku są zaprojektowane tak, aby wytrzymać przyłożone na nie obciążenia. Projekt jest wykonywany z uwzględnieniem różnych rodzajów obciążeń, które przekładają się na rozciąganie i ściskanie elementów konstrukcyjnych.
Obciążenia wywierane na budynek wynikają z ciężaru konstrukcji i elementów naturalnych, takich jak wiatr i aktywność sejsmiczna. Ponadto budynek może być poddany obciążeniom zewnętrznym na skutek oddziaływań zachodzących poza nim.
Elementy konstrukcyjne są zazwyczaj łączone za pomocą śrub i spoin utworzonych w taki sposób, żeby siły rozkładały się na dużych obszarach.
Wytrzymałość projektową w prostych przypadkach określa się na podstawie m. in. wartości działającej siły i pola przekroju wykorzystując wzory analityczne. W bardziej złożonych ustrojach obliczenia analityczne byłyby zbyt skomplikowane i czasochłonne by wykorzystywać je w obecnej praktyce inżynierskiej.
Może zainteresuje Cię też:
Czym są symulacje CFD i do czego są wykorzystywane w inżynierii?
Ocena stanu technicznego konstrukcji.
Dlaczego obliczanie wytrzymałości konstrukcji stalowych jest ważne?
Obliczenia wytrzymałości konstrukcji stalowych to ważny aspekt projektowania i wznoszenia budynków, mostów i innych konstrukcji. Proces ten odbywa się za pomocą metody elementów skończonych (MES).
Na podstawie właściwości materiałowych i zamodelowanych na konstrukcji obciążeń oblicza się metodą elementów skończonych dyskretne rozwiązanie w każdym z węzłów elementu skończonego, przez które odzwierciedla się kształt analizowanej struktury.
Analiza metodą elementów skończonych, znana również jako MES, to numeryczna metoda rozwiązywania problemów dotyczących obiektów fizycznych, które są zbyt skomplikowane, aby można je było modelować przy użyciu tradycyjnych metod opartych na rachunku różniczkowym lub ręcznych technik obliczeniowych, takich jak wyboczenie belek pod obciążeniem osiowym, naprężenia i odkształcenia w złożonych geometriach.
Modelem tego procesu może być dowolny kształt z jego warunkami brzegowymi. Analiza siatki służy do określenia naprężeń i odkształceń związanych z obciążeniem konstrukcji.
