Odolnosť kombinovane namáhaných prútov [vedanadosah.sk]

Problematike odolnosti nosných kovových prvkov, prevažne namáhaných tlakovou silou a ohybovým momentom zároveň sa venuje projekt Ing. Igora Nika zo Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave (STU).
„Riešim to rôznymi postupmi z literatúry, prevažne z tzv. Eurokódov (európske technické normy), konkrétne Eurokód 3 pre navrhovanie oceľových konštrukcií a Eurokód 9 pre navrhovanie hliníkových konštrukcií. Tieto postupy som zautomatizoval v počítačových programoch, momentálne som vo fáze vylaďovania týchto programov a vytvárania programov pre iné postupy. Ďalšie údaje získavam použitím komerčných programov na báze metódy konečných prvkov,“ uvádza autor projektu.
V súčasnosti sa podľa neho pripravuje nová generácia Eurokódov. „Môj školiteľ je členom niekoľkých prípravných komisií, moja práca má význam prevažne pre túto činnosť. Problematika, ktorú riešim, je veľmi bežný prípad (každý stĺp, ktorý je navyše zaťažený vodorovným zaťažením, napr. od vetra), ale kovové prvky sú veľmi štíhle, preto je ich správanie kvôli stabilite komplikované, obzvlášť pre kombinované namáhanie. Normové postupy to odzrkadľujú a sú často veľmi komplikované. Programovaním týchto postupov sa dá predísť mnohým chybám. Obmedzením celého výpočtu na zadanie niekoľkých vstupných premenných je možné získať veľké množstvo výsledkov, čo je v podstate mojim cieľom,“ vysvetlil Ing. Igor Niko.
Projekt Odolnosť kombinovane namáhaných prútov patrí medzi projekty, ktorým bol udelený grant STU. Ako sa bližšie uvádza v popise projektu, kovové prúty zaťažené ohybovými momentmi v dvoch rovinách a osovou tlakovou silou vykazujú komplikované správanie z hľadiska posúdenia ich odolnosti. Na takýchto prútoch je dôležité zohľadniť vplyv teórie druhého rádu a imperfekcie, keďže tieto javy majú výrazný vplyv na odolnosť pri strate stability. Projektantom sú v súčasnosti k dispozícií postupy na výpočet takýchto úloh, ktoré sa nachádzajú v platných európskych normách EN 1993-1-1 a EN 1999-1-1. Tieto metódy sú založené na komplikovanom teoretickom pozadí podloženom rozsiahlymi experimentmi.
Metódy pristupujú k riešeniu rôznymi spôsobmi, odlišujú sa presnosťou, prácnosťou a vhodnosťou použitia pre rôzne prípady. Alternatívne je podľa autora projektu možné zistiť odolnosť takýchto prútov vytvorením komplexného počítačového FEM modelu, ktorý zohľadní všetky fyzikálne javy ovplyvňujúce odolnosť prútov. To je však náročná úloha a vyžaduje znalosť možností výpočtových programov a schopnosť ich použiť.
„V súčasnosti má projektant na výber niekoľko možností ako zistiť odolnosť prútov namáhaných dvojosovým ohybom a tlakom. Cieľom predkladaného projektu je analyzovať jednotlivé metódy z hľadiska zložitosti, vhodnosti použitia, presnosti a pracnosti. Aplikovať metódy pri rôznych okrajových podmienkach a získať súbor údajov pre porovnanie metód medzi sebou a zároveň s výpočtovým FEM modelom,“ uvádza Ing. Igor Niko.
Cieľom jeho projektu je overiť presnosť metód prevažne z hľadiska bezpečného návrhu. Ďalším cieľom je po vytvorení množstva FEM modelov vypracovať odporúčania pre optimalizáciu modelov pre danú problematiku, pre správne zvolenie počiatočných imperfekcií a nelinearít, ktoré budú môcť projektanti využiť.
Podľa súčasného známeho stavu problematiky prúty namáhané kombináciou ohybového momentu a osovej tlakovej sily sa vyskytujú bežne v konštrukciách pozemných a inžinierskych stavieb. Skúmané namáhanie môže vzniknúť už od jednoduchej tlakovej sily pôsobiacej na excentricite. V platných európskych normách, tzv. Eurokódoch pre oceľové konštrukcie (EC 3) a konštrukcie z hliníkových zliatin (EC 9) sú stanovené výpočtové postupy na posúdenie takýchto prútov. V EC 3 sa nachádzajú dve alternatívne metódy a nie je preto ponúknutý jednoznačný postup.
Autor projektu navrhol predpokladaný postup a výstupy riešenia:
Vytvorenie programov na výpočet odolnosti kombinovane namáhaných prútov podľa EC 3 a EC 9 za účelom získania veľkého množstva výsledkov v krátkom čase.
Vyladenie a optimalizácia programov pre čo najväčší počet okrajových podmienok a kombinácií zaťaženia.
Vytvorenie numerických modelov FEM pre rôzne prípady na porovnanie s analytickým riešením.
Optimalizácia modelov pre porovnanie, voľba príslušnej imperfekcie a nelinearít.
Vypracovanie súboru údajov pre porovnanie a vyhodnotenie presnosti metód.
Formulácia odporúčaní pre výpočet kombinovane namáhaných prútov použitím normových postupov a pre tvorbu FEM modelov pre dané prúty.

http://vedanadosah.cvtisr.sk/odolnost-kombinovane-namahanych-prutov