Для получения значимой оценки выбранного подхода к моделированию, рекомендуется сначала создать модель, которую можно будет сравнить с проверенными методами.
В предыдущей статье, был расчет сопротивления жесткого соединения с торцевой пластиной выполнен по формуле из нормы EN 1993-1-8 [1].
В данном примере с применением моделирования по МКЭ должно быть сопротивление торцевой пластины нагружено заданным расчетным сопротивлением в размере 324,95 кНм.
Модель поверхности
Зададим балку HEB 400 длиной 500 мм и разделим ее на поверхности. Предположим, что торцевая пластина, соединенная твердыми головками болтов, обладает жесткими свойствами, тогда образуется жесткая поверхность с диаметром шайбы 44 мм. Чтобы смоделировать эластичность болтов под растягивающей нагрузкой, зададим болты диаметром 24 мм и длиной 29 мм (= толщина торцевой пластины + толщина шайбы). Чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на балку, применим в месте приложения нагрузки жесткую торцевую пластину.
Поскольку жесткая опора на оси z лобовой плиты может привести к проблемам со сходимостью, зададим поверхностное основание 2 ∙ 108 кН/м³, а в местах, где не может возникнуть деформация условия симметрии балочного соединения или предполагаются наибольшие опорные реакции. Обе опоры рассчитаны на выход из работы, если опорная реакция положительная. Поскольку упругий расчет производится по норме EN 1993‑1‑8 [1] выберем модель материала «Изотропная пластическая 2D/3D» с критерием текучести 23,5 кН/см². Как только критерий текучести будет достигнут в конечном элементе, данный элемент не сможет далее поглощать силы и произойдет перераспределение напряжений.
Результаты
Критерий отказа «Разрушение болта при текучести полки» был подтвержден при ручном расчете.
При использовании нелинейной модели материала «Изотропная пластическая 2D/3D» необходимо оценить площадь элементов в пластическом состоянии. Следует иметь в виду, что пластифицированные элементы соответствуют постоянным повреждениям. Модель МКЭ показывает слишком большие пластические области. Это означает, что соединение перегружено при его анализе с помощью поверхностной модели. Кроме того, определенная растягивающая сила в болте, равная 279 и 288 кН, превышает допустимую растягивающую силу.
Пластические области аналогичного размера были определены с помощью дополнительного моделирования, в которых балка, лобовая плита, болты и сварные швы были показаны с помощью твердых тел, а передача силы от балки к лобовой плите происходит через сварные швы (= большая нагружаемая поверхность).