ANSYS Mechanical

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Решение задачи S12 в объёмной постановке, с применением элементов SOLID45

Рис. 4.13 КЭ-модель рамы (элементы SOLID45) с указанием закреплений и нагрузок. Жёсткие стойки показаны красным. 3D-визуализация

Рис. 4.14 1-ая форма потери устойчивости для КЭ-модели. Критическая сила Pкр = 1071,000 т

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Рис. 4.15 2-ая форма потери устойчивости для КЭ-модели. Критическая сила Pкр = 137806 т

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Задача 5. Разрушение образца кирпичной кладки (сравнение с экспериментом)

Постановка задачи

Рассматривается процесс разрушения образца представительного объема многорядной кирпичной кладки (рис. 5.1) при сжатии. Вертикально по направлению оси Z к верхней поверхности образца прикладывается кинематическое воздействие в виде перемещения U0. Учитывается собственный вес.

Рис. 5.1 Образец кирпичной кладки

Определяется напряженно-деформированное состояние образца и исследуется процесс развития трещин при нагружении с учетом сгущения сетки. Результаты расчета сравниваются с результатами натурных экспериментов.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Натурные эксперименты

Работы выполнены сотрудниками строительного факультета ПГТУ в лаборатории механических испытаний Горного института РАН. Для испытаний использовано два пресса грузоподъемностью 200 т (УП-200) и 25 т (ZVICK).

В результате проведенных натурных экспериментов по разрушению представительного объема кирпичной кладки (3 образца) и отдельных кирпичей получены полные диаграммы деформирования. Процесс разрушения образца кирпичной кладки показан на рис. 5.2, диаграмма деформирования одного из образцов приведена на рис.5.3.

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Рис.5.2 Процесс разрушения образца кирпичной кладки

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Рис.5.3 Диаграмма деформирования образца

Ниспадающая ветвь диаграммы соответствует реальному поведению кирпичных строений, способных воспринимать внешнюю нагрузку при наличии систем трещин и разрывов. Наличие отдельных трещин – это еще не разрушение конструкции. Накапливаясь, трещины могут привести к потере несущей способности здания. Однако этот момент не является внезапным, а является результатом накопления повреждений на разных структурных уровнях.

Методика расчетных исследований

Разбиение представительного объема кладки на конечные элементы (SOLID65) производилось так, чтобы границы элементов попадали на границы разделов раствор – кирпич; в каждом конечном элементе упругие свойства однородны и изотропны и соответствуют свойствам кирпича или раствора.

Рис.5.4 Конечно-элементные модели

vk.com/club152685050ANSYS Mechanical. |Верификационныйvk.com/id446425943отчет. Том 3 (“исследовательские” задачи)

Экспериментально показано, что первые трещины в кирпичной кладке появляются при нагрузке, составляющей 40-60% от разрушающей, что приводит к нелинейному характеру деформирования материала. Нелинейный расчет выполнялся методом Ньютона-Рафсона с использованием полной процедуры NROPT,FULL, в которой матрица жесткости модифицируется на каждом шаге и процедуры NROPT, AUTO, в которой программа сама выбирает необходимую опцию метода. Кроме того, деление шагов решения на подшаги производилось разными способами (использовались команды

NSUBST и DELTIM).

Картина развития трещин для разных сеток и разных процедур решения несколько различалась, но моменты появления первой трещины и разрушения образца (разрушения 50% объема – подшаг 9999) оказались достаточно близкими.

Результаты расчетов

Ниже приведены результаты нелинейного расчета образца кирпичной кладки при кинематическом воздействии U0 для отдельных подшагов решения. Для верификации фиксировались перемещения USUM в характерных точках диаграммы деформирования:

1– до появления первых трещин (рис.5.8);

2– в момент появления первых трещин (рис.5.11);

3– в момент, соответствующий критической точке на диаграмме деформирования

(рис.5.14);

4– в момент разрушения образца (прекращение счета при разрушении 50% объема) – рис.5.17.

На рис. 5–7, 9–10 приведены также компоненты тензора напряжений до появления трещин и после появления первых трещин. Показаны картины трещин и разрушенных конечных элементов для разных подшагов решения.