СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
STRUCTURAL MODELING METHOD

Изобретение относится к моделированию конструкций, в частности балок судового набора, преимущественно работающих на изгиб.
Известен способ моделирования балок в виде сварных конструкций, собираемых при помощи контактной сварки [1]. Применяются соединения на фланцах, что роднит конструкцию таких образцов с судовыми клепанными конструкциями. Обычно величина фланца, достаточная для обеспечения паяного или сварного соединения, составляет 1÷2 мм. Данный способ использует добавление площади элементов сечения балок и введение дополнительных элементов исходя только из потребности обеспечения технологии их соединения в единую конструкцию и не предусматривает получения лучших с точки зрения расчета конструкций моделей и упрощенного прочностного моделирования конструкций сложных произвольных сечений, например деформированных балок судового набора.
Задачей, на которую направлено изобретение, получение конструкций моделей с сечениями балок, дающих возможность их удобного аналитического описания и позволяющих упрощенное прочностное моделирование сложных конструкций.
Техническим результатом изобретения является обеспечение наиболее удобного процесса моделирования.
Упомянутая задача достигается тем, что при моделировании конкретной конструкции ее элементы представляются набором основных, подобных моделируемым, и дополнительных элементов, смещаться, изменять геометрические размеры, в частности представляться набором элементов совершенно другой формы, относительно моделируемой конструкции, преимущественно в виде ломаной. При этом обеспечивается прочностное моделирование исходной конструкции, преимущественно работающей на изгиб, причем процесс моделирования может вестись поэтапно, возможно перераспределение площади между всеми основными и дополнительными моделирующими элементами. Отдельные элементы моделирующей конструкции могут соединяться известными способами, например при помощи дуговой сварки, газовой сварки, лазерной сварки, спекания, наплавки, склеивания, выклеивания, формования, напыления, намораживания, клепки и их комбинациями. В случае аналитического моделирования элементы соединяются виртуально, и их работа рассматривается как единой конструкции.
1
2
C
ПР
1
ОБ
1
2
На фиг.1,а изображена исходная конструкция сечения, состоящая из полки, стенки, присоединенного пояска обшивки, соответственно имеющих площадь ƒ, ƒ, ƒ (моделируемая), с высотой стенки h, высотой изолированного таврового профиля h (площадью ƒ+ƒ), общей высотой h, а на фиг.1,б и в - варианты моделей; на фиг.2 - модель сечения таврового профиля исходной площадью ƒ+ƒ и присоединенным пояском площадью ƒ; на фиг.3,а представлен моделируемый двутавровый профиль, а на фиг.3,б - модель, с пренебрежением разностью толщин полок профиля; на фиг.4 - эскиз (а), эквивалентные схемы (б, в) сечения деформированной балки и зоны деформации (г, д); фиг.5 - эскиз (а), эквивалентная схема (б) сечения подкрепленной листовым элементом деформированной балки и подкрепления зоны деформации (в); фиг.6 - эскиз (а), эквивалентная схема (б) сечения подкрепленной уголковым элементом деформированной балки и зоны деформации (в).
01
01Г
1
1Г
11
Исходная конструкция недеформированного двутаврового профиля состоит из скрепленных элементов, в частности у балки судового набора (фиг.1,а), из стенки 1, свободного пояска 2, присоединенного пояска обшивки 3. Тавровый профиль, составленный из элементов 1, 2 имеет: отстояние центра тяжести от исходной оси (И.о.) z (фиг.3,а) и z от оси И.о.м, моделирующую И.о. (фиг.3,б); z - положение центра тяжести таврового профиля с присоединенным пояском обшивки от И.о., моделируемое положением центра тяжести изолированного таврового профиля z; где z - максимальное расстояние от центра тяжести профиля с присоединенным пояском до его крайней точки по вертикальной оси.
в
в
л
л
в
П
1
S
У
ГУ
Модель исходной конструкции недеформированного двутаврового профиля может состоять: из стенок 4, включающих часть поясков, с разбиением их остальной части на элементы 5 и 6 (фиг.1,б); из стенок 7, включающих частично площадь поясков и их основными частями 8 и 9 (фиг.1,в); объединенного из пояска и полки таврового профиля 10, с частью оставшейся полки, разбитой на элементы 11 (фиг.2). В частности, у исходной конструкции стенка (в этом случае 12) может быть деформирована на высоту от исходного положения обшивки h и высотой s от нового положения обшивки, со стрелкой выпучивания ƒ (фиг.4,а), при стрелке вмятины ω, а ее модель содержать упрощенную форму стенки 13, или приведенную форму стенки 14 вместе с ломаной 15 с центром тяжести от оси 2 Ц, толщиной t, имитирующей зону деформации, моделирующие 13 (фиг.4,б), или варианты 16 (фиг.4,в), 17 (фиг.4,г), моделирующие элемент 14. Вариант 16 ломаной состоит из элементов прямоугольного треугольника - катета ƒ и гипотенузы а. Подкрепление набора осуществляется при помощи листового элемента 18 (фиг.5), располагающегося от деформированной обшивки на высоту h при отсчете от исходного положения обшивки и высоту s от нового положения обшивки и толщину t, который при моделировании может объединяться в комплекс элементов, например, 18 и 16 (фиг.5,в), а также уголкового элемента 19 (фиг.6), высотой h и площадью F.
Способ осуществляется следующим образом.
При моделировании используются основные 1, 2, 3, подобным моделируемым, моделирующие элементы и вспомогательные элементы 5, 6, 10…16. При потребности производится изменение размеров, возможно площадей, основных моделирующих элементов, в частности, соответственное (например, элементы 5, 11), удельное (например, элементы 7 и 8, 9), относительное, и, возможно, включение дополнительных элементов, эквивалентных моделируемым (12, 13, 15, 16) или части моделируемых элементов (15, 16, 17), и, возможно, включающее перераспределение площадей от одних элементов другим (элементы 7 и 8, 9), например, между основными моделирующими элементами, и/или между основными и дополнительными элементами, и/или между дополнительными элементами.
При этом предусматривается замещение элементов сложной конструкции простыми элементами, например, у деформированной стенки тавровой балки 12 (фиг.4) - ровной стенкой 14, высотой деформированной балки и элементами остаточной до исходного значения площади сечения стенки площадью, преимущественно в виде ломаной 15, в частности, приближенно описывающей профиль деформации стенки. Возможны следующие этапы моделирования элемента 15 (фиг.), например, до элемента 17 (фиг.). Т.е. моделирование производится поэтапно, получается предварительная модель, наиболее близкая к моделируемой, например фиг.4,б, затем моделируется необходимое количество раз предварительная модель и/или ее отдельные элементы.
Геометрические характеристики моделируемых сечений, в частности моментов инерции и сопротивления, предусматривается определять по моделям. При этом могут пренебрегать, возможно частично, толщинами элементов, преимущественно при фиксации относительного положения площадей элементов.
Так, при описании таврового профиля с присоединенным пояском обшивки (фиг.3,а) его момент сопротивления сечения равен
1
где С - наибольший относительный центр тяжести таврового профиля;
02
ПР
2
2
m=h/t (t - толщина присоединенного пояска обшивки);
Г
Г
F, W - соответственно площадь момента сопротивления изолированного таврового профиля.
При моделировании такого профиля, согласно фиг.3,б, получаем упрощенное выражение, базирующееся на характеристиках самого таврового профиля
Элементы моделей соединяются при помощи дуговой, газовой, лазерной сварки, спекания, наплавки, склеивания, выклеивания, формования, напыления, намораживания, клепки и их комбинациями, а при расчетном моделировании - виртуально.