Skip to main content
21 мая, 2024

Расчёт прочности лопасти сваи на отрыв в Логос Прочность

Расчёт прочности в Логос
Рисунок 1. Соединение лопасти со стволом. Вид общий

Компания ООО «ИскраТех» выполнила прочностной расчет трехлопастной сваи 219х14 с лопастями 650, 665 и 665 мм по определению критической нагрузки. Расчет проводился методом конечных элементов в программном комплексе Логос Прочность.

Заказчиком выступило ООО «Завод Свайных Конструкций» (ЗСК) — один из наиболее известных участников рынка фундаментостроения. На сегодняшний день ЗСК является одним из лидеров на рынке и предлагает комплексное обслуживание, которое включает производство свай различного типа, а также предоставление услуг проектирования и монтажа фундаментов под различные здания.

Цель проекта: проведение расчётов статической прочности лопасти сваи, изготовленной из стали 09Г2С. Необходимо определить величину критической вертикальной нагрузки. В качестве критической принимается нагрузка, при которой возникают пластические деформации. Для упрощения постановки задачи была рассмотрена часть модели (одна лопасть). При этом в расчете использовалась лопасть наименьшего диаметра 650х16 мм (как наиболее нагруженная).

Для достижения поставленной цели был выполнен статический расчет прочности при воздействии вертикальной нагрузки, определены силы реакции и величина пластической деформации. Расчет необходимо было провести с учетом геометрической и физической нелинейностей.

Реализация проекта

На Рисунке 2 представлена геометрическая модель, которая была построена в программном комплексе Логос Прочность (разработчик РФЯЦ-ВНИИЭФ).

Дискретная модель 

Расчеты проводились методом конечных элементов для чего была построена дискретная (конечно-элементная) модель (Рисунок 3). Модель разбита гексаэдрическими элементами. Общее количество элементов 89 000. На Рисунке 4 представлена гистограмма распределения показателя качества сетки, что соответствует высокому качеству.

Расчёт прочности в Логос. Геометрическая модель объекта исследования
Рисунок 2. Геометрическая модель объекта исследования
Расчёт прочности в Логос Дискретная модель сваи.
Рисунок 3. Дискретная модель сваи
Гистограмма критерия качества дискретной модели
Рисунок 4. Гистограмма критерия качества дискретной модели
Нагрузки и граничные условия 

В качестве нагрузки было приложено навязанное движение узлов по оси -Y (Рисунок 5).

Расчёт прочности в Логос. Навязанное движение узлов по оси -Y
Рисунок 5. Навязанное движение узлов по оси — Y

Движение узлов поделено на 8 шагов. Величина перемещения на каждом шаге определена по зависимости, представленной на Рисунке 6. 

Зависимость величины вертикального перемещения узлов от шага нагружения, м
Рисунок 6. Зависимость величины вертикального перемещения узлов от шага нагружения, м

В качестве граничных условия использовались закрепления по торцам ствола (Рисунок 7 и 8). 

Расчёт прочности в Логос. Граничное условие заделки
Рисунок 7. Граничное условие заделки
Расчёт прочности в Логос. Граничное условие заделки с освобождением по оси Y
Рисунок 8. Граничное условие заделки с освобождением по оси Y
Критерии прочности 

Критическая нагрузка определялась по наличию пластической деформации во время нагружения. Конструкция выполнена из стали 09Г2С, механические характеристики которой приведены в Таблице 1. 

Временное сопротивление
разрыву основного металла σВ, МПа, не менее 
Предел текучести σ0.2, МПа, не менее Модуль упругости, ГПа Коэффициент Пуассона 
432 245 2100,3

Таблица 1. Механические характеристики стали 09Г2С до 425º С

Результаты проекта

Расчет проводился методом конечных элементов в Логос Прочность (разработчик РФЯЦ-ВНИИЭФ) в статической нелинейной постановке. При расчете учитывалась нелинейная жесткость системы. Материал описывался как идеально упруго-пластический. 

На Рисунке 9 представлены поля полных перемещений при конечном шаге нагружения. Максимальные перемещения не превышают 0,085 мм. 

Расчёт прочности в Логос. Поля полных перемещений, м
Рисунок 9. Поля полных перемещений, м

На Рисунке 10 представлен график величины интенсивности пластической деформации. Видно, что с 6-го шага нагружения начинается пластическое течение. На Рисунке 11 представлены поля интенсивности эквивалентных напряжений при критической нагрузке (шаг №10).

Зависимость интенсивности пластической деформации от шага нагружения
Рисунок 10. Зависимость интенсивности пластической деформации от шага нагружения
Поля интенсивности эквивалентных напряжений при критической нагрузке
Рисунок 11. Поля интенсивности эквивалентных напряжений при критической нагрузке

В Таблице 2 представлены измерения сил реакций в заделке (приведенная к оси ствола). Таким образом, значение критической вертикальной нагрузки составляет 245 кН.

IncrementReaction_Force_XReaction_Force_YReaction_Force_ZReaction_Force_Total
1.00E+00 -3.82E+02 4.05E+04 1.16E+024.05E+04 
2.00E+00 -7.64E+02 8.10E+04 2.31E+028.10E+04 
3.00E+00 -9.55E+02 1.01E+05 2.89E+021.01E+05 
3.00E+00 -9.55E+02 1.01E+05 2.89E+021.01E+05 
4.00E+00 -1.15E+03 1.21E+05 3.47E+021.21E+05 
5.00E+00 -1.34E+03 1.42E+05 4.05E+021.42E+05 
5.00E+00 -1.34E+03 1.42E+05 4.05E+021.42E+05 
6.00E+00 -1.43E+03 1.52E+05 4.34E+021.52E+05 
7.00E+00 -1.53E+03 1.62E+05 4.62E+021.62E+05 
8.00E+00 -1.91E+03 2.02E+05 5.78E+022.02E+05 
9.00E+00 -2.29E+03 2.45E+056.93E+022.45E+05 
1.00E+01 -2.67E+03 2.83E+05 8.09E+022.83E+05 
1.10E+01 -3.02E+03 3.20E+05 9.15E+023.20E+05 

Таблица 2. Силы реакции в заделке 

Заключение

В данной статье представлены результаты расчета статической прочности лопасти сваи, проведенных для определения величины критической нагрузки. При этом было принято, что критическая нагрузка определяется наличием пластических деформации в ходе нагружения.

В ходе итерационных расчетов была определена величина критической вертикальной нагрузки 245 кН на каждую лопасть. 

Список литературы:
  1. СТО 56947007- 29.120.95- 050-2010 НОРМЫ проектирования фундаментов из винтовых свай. 
  2. Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 2003. — 784 c. 
  3. Басов К.А., ANSYS. Справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2014. – 640 с. 

Благодарственное письмо от ООО «ЗСК»

Получить консультацию

Заполните форму прямо сейчас,
и мы свяжемся с Вами!

* Обязательные поля для заполнения

Нажимая кнопку «Отправить», я даю согласие на обработку моих персональных данных и согласен с политикой конфиденциальности