МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВЯНЫХ СОЕДИНЕНЕНИЙ

Арискин М. В., Пыж Е. В.

Создание современных строительных конструкций является одной из актуальных проблем, от решения которых зависит развитие строительной отрасли.

Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния соединения по расчетной схеме проводились методом конечных элементов (МКЭ). Степень точности решения задачи, как известно, зависит от величины размеров разбивочных элементов МКЭ. При этом от этого существенно зависит и громоздкость вычислительных операций, поскольку с увеличением количества конечных элементов существенно возрастает количество неизвестных. Для расчетов принято разбивочная сетка МКЭ, изображенная на рисунке 1а,б.

Основной целью на этапе разработки геометрической модели является создание адекватной конечно-элементной модели, состоящей из узлов и элементов. Разбивка на конечные элементы образца осуществлялась в два этапа. Первый этап ̶ разбивка металлических частей с присвоением соответствующих свойств (рис. 1, а). Этап второй ̶ разбивка деревянной части образца и присвоение ей соответствующих свойств. Внешний вид образца, разбитого на сетку конечных элементов, показан на рис. 1, б.

При создании адекватной математической модели одним из главных условий является приложение нагрузок и определение типа взаимодействия элементов. Приложение нагрузок производилось согласно расчетной схеме то есть равномерно распределенная нагрузка прикладывалась непосредственно на крайние элементы. Взаимодействие металла с древесиной производилось двумя различными следующим способом: когда рядом стоящие узлы в металлическом и деревянном элементе связываются между собой путем объединения соответствующих перемещений. Таким образом моделируется монолитность и целостность конструкции (т.е. связи, объединяющие древесину и стальную шайбу, могут воспринимать растягивающие и сжимающие напряжения).

а	б
Рисунок 1 Разбивка на сетку конечных элементов: а ̶ металлический болт с шайбами; б ̶ соединение

Наложение граничных условий заключалось в том, чтобы ограничить перемещение деревянного образца по оси y . Ограничений для шайбы с болтом не требуются, т.к. болт с шайбой в программе рассматривается как абсолютный монолит (т.е. литая однородная структура), что позволило воссоздать податливость шайбы в направлении z по своим характеристикам, сходным с реальной работой шайбы.

Работа болта совместно с шайбой учитывалась только на восприятие распора. На смятие, растяжение и другие виды деформаций болт никакого влияния не оказывал.

Параметры рассчитываемого соединения соответствовали испытанному образцу под маркировкой ВШ-100-8-Б. Расчет производился при действии на образец равномерно распределенной нагрузки q равной 24,5 МПа.

Так как в расчете используется два материала – металл, и древесина, то в дальнейшем будут приниматься характеристики:

- металла Е_х=210 ГПа, μ=0,3;

- древесины Е_х=16000 МПа, μ_yx=0,5; Е_у=1000 МПа, μ_zy=0,2; Е_z=500 МПа, μ_zx=0,02; G_xy=1180 МПа, G_yz=690 МПа, G_хz=670 МПа (согласно исследованиям Ашкенази), свойства древесины задавались в местной системе координат.

В результате расчета были получены напряжения в крайних и среднем элементе (рис. 2-3).

а

б

Рис. 2 – Изополя напряжений σ_х.

а- средний элемент; б- все соединение

а	б
Рис. 3– Изополя напряжений σу: а - средний элемент; б- все соединение

При натурных испытаниях образца ВШ-100-8-Б был получен сдвиг среднего элемента относительно крайних, при расчете модели соединения так же были поли получены перемещения сдвига.