Расчёт прочности лопасти сваи на отрыв в Логос Прочность
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.
Нагрузки и граничные условия
В качестве нагрузки было приложено навязанное движение узлов по оси -Y (Рисунок 5).
Движение узлов поделено на 8 шагов. Величина перемещения на каждом шаге определена по зависимости, представленной на Рисунке 6.
В качестве граничных условия использовались закрепления по торцам ствола (Рисунок 7 и 8).
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 | 210 | 0,3 |
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.
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).
В Таблице 2 представлены измерения сил реакций в заделке (приведенная к оси ствола). Таким образом, значение критической вертикальной нагрузки составляет 245 кН.
| Increment | Reaction_Force_X | Reaction_Force_Y | Reaction_Force_Z | Reaction_Force_Total |
| 1.00E+00 | -3.82E+02 | 4.05E+04 | 1.16E+02 | 4.05E+04 |
| 2.00E+00 | -7.64E+02 | 8.10E+04 | 2.31E+02 | 8.10E+04 |
| 3.00E+00 | -9.55E+02 | 1.01E+05 | 2.89E+02 | 1.01E+05 |
| 3.00E+00 | -9.55E+02 | 1.01E+05 | 2.89E+02 | 1.01E+05 |
| 4.00E+00 | -1.15E+03 | 1.21E+05 | 3.47E+02 | 1.21E+05 |
| 5.00E+00 | -1.34E+03 | 1.42E+05 | 4.05E+02 | 1.42E+05 |
| 5.00E+00 | -1.34E+03 | 1.42E+05 | 4.05E+02 | 1.42E+05 |
| 6.00E+00 | -1.43E+03 | 1.52E+05 | 4.34E+02 | 1.52E+05 |
| 7.00E+00 | -1.53E+03 | 1.62E+05 | 4.62E+02 | 1.62E+05 |
| 8.00E+00 | -1.91E+03 | 2.02E+05 | 5.78E+02 | 2.02E+05 |
| 9.00E+00 | -2.29E+03 | 2.45E+05 | 6.93E+02 | 2.45E+05 |
| 1.00E+01 | -2.67E+03 | 2.83E+05 | 8.09E+02 | 2.83E+05 |
| 1.10E+01 | -3.02E+03 | 3.20E+05 | 9.15E+02 | 3.20E+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:
- СТО 56947007- 29.120.95- 050-2010 НОРМЫ проектирования фундаментов из винтовых свай.
- Зубченко А.С. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 2003. – 784 c.
- Басов К.А., ANSYS. Справочник пользователя. М.: ДМК Пресс, 2014. – 640 с.
Благодарственное письмо от ООО «ЗСК»
