Odolnosť kombinovane namáhaných prútov

22. jún. 2018 • Technické vedy

Odolnosť kombinovane namáhaných prútov

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.

Príklad kombinovane namáhaného prúta s priebehom osovej sily a ohybového momentu vrátane účinkov druhého rádu.

„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.

*********************************************

Rektor STU Robert Redhammer udeľoval granty mladým vedcom už po 9. raz. Každý z podporených mladých vedcov získal príspevok vo výške tisíc eur. Odovzdávanie grantov sa uskutočnilo v Aule D. Ilkoviča začiatkom mája 2018. Granty si prevzali mladí vedci zo všetkých fakúlt Slovenskej technickej univerzity v Bratislave, najsilnejšie zastúpenie má Stavebná fakulta (SvF) či Fakulta chemickej a potravinárskej technológie (FCHPT).

Rektor STU Robert Redhammer vysvetlil, že univerzitný grantový program pre mladých je „školou“ písania úspešných projektov a vyzýva riešiteľov, aby sa postupne uchádzali o národné a medzinárodné granty a nadväzovali kontakty s výskumnými kolektívmi v zahraničí. Na tento grantový program nadväzuje na STU ďalší pre skúsenejších vedcov – Grantový program na podporu excelentných tímov mladých výskumníkov. STU finančne odmeňuje aj najlepšie vedecké publikácie a aj tímy, ktoré sa zapájajú do medzinárodných konzorcií a uchádzajú sa o medzinárodné granty.

 

Odborný garant textu a foto poskytol: Ing. Igor Niko zo Stavebnej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com /victorsnk/

Uverejnila: VČ

Hore
Publikácie Veda v CENTRE
výtvarná súťaž TVT 2019
Aurelium - centrum vedy
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
TVT 2019
TVT 2018 články
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Gény, ktoré dostávame do vienka pri narodení, nie sú jediným režisérom nášho životného príbehu.
Zistite viac