Раскряжевка хлыстов | Центр бензоэлектроинструмента «Викинг»

РАСКРЯЖЕВКА ХЛЫСТОВ

При раскряжевке бензиномоторными пилами для каждого хлыста используется индивидуальная схема раскроя. Порядок раскряжевки включает:

• глазомерную оценку ствола;
• разметку хлыста с учетом требований к сортиментам;
• непосредственно раскряжевку на сортименты.

Оценка хлыста проводится для выбора оптимальной схемы раскряжевки с учетом формы и размеров ствола, его пороков, размеров и состояния сучьев, их расположения. Схема раскряжевки корректируется по мере обнаружения скрытых дефектов, в основном гнилей.

Вальщик учитывает потребность предприятия в определенных видах сортиментов, требования стандартов к сортиментам и технические условия лесозаготовительного предприятия.

При индивидуальной валке отдельную разметку хлыста не производят и учитывают только состояние ствола в пределах предполагаемой длины сортимента. При этом:

• наиболее ценные и качественные сортименты выпиливают из комлевой части хлыста;
• мерная рулетка должна быть длиннее самого длинного сортимента, который выпиливает вальщик, обычно — 20 м;
• диаметр низкосортных сортиментов чаще всего не контролируют, при выпиловке качественных сортиментов используют мерную скобу;
• рулетка должна располагаться в легкодоступном месте, обычно на поясе;
• конец мерной ленты оснащается специальным стальным крючком.

Схемы раскряжевки хлыстов с различными дефектами стволов: а — с односторонней кривизной; б — с двухсторонней кривизной; в — с искривленной комлевой частью; г — с местным дефектом; д — с напенной гнилью; е — со стволовой напенной гнилью; ж — с вершинной гнилью

Возможные схемы раскряжевки ствола с учетом пороков и строения приведены на рисунке выше.

Эффективная раскряжевка требует учета большого количества условий. В целом следует придерживаться приведенных ниже рекомендаций.

В первую очередь необходимо провести отторцовку ствола. Остатки недопила, неперпендикулярность торца, козырьки, выхваты на торце сортиментов не допускаются.

Из кривых стволов следует выпиливать более короткие сортименты так, чтобы стрела прогиба полученного сортимента оказывалась в пределах допусков для данного их сорта. При разносторонней кривизне концы сортиментов располагают в местах перегибов.

Гнилые комлевые торцы обрабатывают, последовательно отрезая короткие сортименты (0,3—0,5 м) до тех пор, пока размер гнили не войдет в пределы, допустимые для самого ценного сортимента.

Если в стволе имеется внутренняя ядровая гниль, то желательно выпиливать сортименты так, чтобы она оказалась внутри одного сортимента.

Сильносбежистые и хлысты с напенной гнилью раскряжевывают на короткие сортименты.

Сучковатые хлысты раскряжевывают так, чтобы сучковатость как можно меньше сказывалась на качестве сортиментов. Этого достигают тем, что стараются избегать попадания наиболее сучковатой части ствола в качественный сортимент или делают ее по возможности короткой.

В зонах ствола с явными дефектами — наростами, крупными сучьями, пасынками — располагают низкокачественные сортименты или выпиливают их.

Торцы выпиленных сортиментов должны быть перпендикулярны оси ствола. Сколы, усы, трещины сортиментов значительно снижают сортность и могут быть понижены в сорте при приемке у потребителя, что приведет к экономическим потерям.

Порядок выполнения приемов раскряжевки определяется расположением хлыста, его диаметром, длиной пильной шины.

Приемы раскряжевки хлыстов бензопилами (цифрами указан порядок выполнения пропилов)

Если хлыст свободно лежит на земле, а длина шины больше диаметра ствола в месте реза, то рез выполняют сверху вниз, последовательно перерезая ствол (рис. А, Б).

При диаметре ствола больше длины шины до 1,5 раз, используют порядок раскряжевки, как показано на рис. В, если больше 1,5 раз, то работают по схеме, показанной на рис. Г.

Если диаметр ствола существенно больше длины пильной шины, то используют схему рис. Е. Аналогичную схему используют, если необходимо получить неразделенные сортименты, в этом случае пропил 5 на рис. Е не выполняют.

Если ствол располагается на двух опорах и его середина провисла, то раскряжевку проводят приемами, указанными на рис. Д.

Если ствол образовал консоль, то сортимент отпиливают по схеме на рис. Ж.

В обоих последних случаях следует руководствоваться правилом — сначала резать сжатые волокна на глубину примерно 1/3 диаметра, а затем вторым резом, с противоположной стороны, полностью отделить сортимент. Это же касается случая, когда хлыст оказался зажатым между тремя стволами, пнями, крупными камнями или их комбинацией. Сначала вертикальным резом перерезают сжатые волокна, а затем оставшуюся часть отпиливают.

Раскряжевка напряженных хлыстов (цифрами указан порядок выполнения пропилов)

Если длина пильной шины значительно меньше диаметра ствола, то провисшую консоль обрабатывают в порядке, показанном на рис. З.

Иногда вальщику ставится задание окучивать сортименты. Это тяжелая операция, и необходимо выбрать оптимальный способ ее выполнения. Способ окучивания зависит от умения вальщика свалить дерево в заданном направлении и спланировать последовательность валки деревьев. В любом случае сортименты, особенно крупные, следует не поднимать, а, применяя различные инструменты, подтаскивать, перекатывать, кантовать. Если все-таки сортимент необходимо поднять, то поднимают только один край — легче вершину, располагают его как можно ближе к себе и поднимают, держа спину прямой, избегая поворотов. При сплошных рубках от вальщика требуют окучивать только мелкие сортименты, а крупные можно оставлять в месте первоначального приземления дерева.

Отрезки стволов, которые образуются при выпиловке дефектных участков ствола и обрезке вершины, должны разрезаться на части длиной не более 0,5 м.

<<Назад     Содержание     Вперед>>

Раскряжевка лесоматериалов ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ Раскряжевка хлыстов

Раскряжевка лесоматериалов

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ • Раскряжевка хлыстов на сортименты — основная технологическая операция • Раскряжевка определяет качественные и количественные показатели работы предприятия. • Сортименты по размерам и качеству должны соответствовать действующим ГОСТам и спецификациям заказчика. • Задачи раскряжевки : – – – наиболее полно использовать деловую часть хлыста; получить наиболее ценные сортименты, в пределах сортиментов получить наиболее высокие сорта обеспечить максимальную сумму реализации продукции; выполнить заданный предприятию сортиментный и объемный план. • Повышать выход деловой древесины из низкотоварных и лиственных хлыстов путем глубокой переработки низкокачественной части этой древесины и рациональной раскряжевки.

Рациональная раскряжевка – обеспечивает наивысший выход деловой древесины, – позволяет выполнить сортиментный план производства, – максимальная поставка материалов высокого качества, – минимум отходов древесины и дров.

Качественные ряды сортиментов • Сосна – авиакряж, бревна пиловочные для палубных и шлюпочных пиломатериалов, бревна для вышечных брусьев, бревна длинномерные для судов (барж), бревна пиловочные I сорта, высоковольтные и телеграфные столбы, бревна пиловочные II и III сортов, шпальный кряж, рудничная стойка, строительные бревна, тарный кряж, дрова; • Ель – резонансный кряж, бревна пиловочные для авиационных пиломатериалов, бревна для вышечных брусьев, бревна длинномерные для деревянных судов (барж), бревна пиловочные I сорта, балансы, бревна пиловочные II и III сортов, шпальный кряж, рудничная стойка, строительные бревна, тарные кряжи, дрова; • Береза – лыжный кряж, фанерные кряжи I сорта, кряжи для обувных колодок, ниточных катушек, ступиц, фанерные кряжи II сорта, пиловочные бревна I и II сортов, фанерные кряжи и пиловочные бревна III сорта, строительные бревна, подтоварник, дрова.

Раскряжевочные агрегаты

Рекомендации по раскряжевке • Хлысты хвойных пород – из бессучковой зоны выпиливают длинные высококачественные бревна – из суковатой части хлыста (толщиной не менее 0, 24 м) шпальные кряжи. • Кривые хлысты – вырезают короткомерные сортименты, (чтобы получить более ценные сортименты). – Напенная гниль — откомлевывается, (отрезают короткие чураки деловые или дровяные), пока оставшаяся часть хлыста не удовлетворит требованиям, предъявляемым к деловой древесине низшего сорта. – Величина откомлевки козырьков — минимальна. – Торцы перпендикулярны оси ствола. • отклонение от вертикали не более 1/10 диаметра. – Припуски по длине сортимента — 0, 02– 0, 03 м, но не более 1 % стандартной длины.

Двухступенчатая (двухстадийная) раскряжевка • на полуавтоматических линиях, целесообразно получать долготье кратных длин коротких сортиментов (балансовое, рудничное, дровяное долготье и т. д. ). • разделку долготья производят в соответствующих цехах на недорогостоящих установках. + – повышает производительность линии основного потока, – освобождает оператора от психологической перегрузки. • При одноступенчатом способе раскряжевки хлыстов на основном потоке сразу выпиливают сортименты стандартной длины.

Методы раскряжевки • Индивидуальный • Групповой (программный) • Обезличенный

Способы раскряжевки • Цепные пилы • Круглые пилы • Силовое резание

РАСКРЯЖЕВКА ХЛЫСТОВ ЭЛЕКТРОПИЛАМИ • Хлысты раскряжевываются электропилами, а на береговых складах небольших грузооборотов – бензиномоторными пилами. • Раскряжевка хлыстов производится на раскряжевочной площадке. • На одной площадке работает одно-два раскряжевочных звена, каждое состоит из моториста, разметчика, одного-двух откатчиков и одного-двух рабочих на дообрубке сучков. • Раскряжевке предшествует разметка хлыстов на сортименты, которая ведется квалифицированным разметчиком, снабженным мерными инструментами. • Порядок разметки — от комля к вершине, с учетом размеров хлыстов, распространения на нем пороков, с учетом допусков по длине, диаметру и качеству. • Раскряжевка хлыстов выполняется после раскатки пачки на отдельные хлысты и разметки.

Сменная производительность • зависит от среднего объема хлыста и качества выпиливаемых сортиментов • Нi – норма выработки на 1 чел. -день делового и дровяного долготья, спецсортиментов, чураков мягколиственных пород и фанерной березы, ложевых и лыжных заготовок, дров, м 3; • pi – доля процентного соотношения выхода соответствующих сортиментов. • Комплексная выработка при использовании электропил на раскряжевке хлыстов не превышает 10– 12 м 3 на 1 чел. -день при средних объемах хлыста 0, 22– 0, 29 м 3.

РАСКРЯЖЕВКА НА ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ С ПРОДОЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ • Основными среди полуавтоматических линий являются линии с продольной подачей хлыста, обеспечивающие рациональную раскряжевку при относительно высокой сменной производительности. • Технологическая схема полуавтоматической линии ПСЛ-2 в комплекте с линией ПЛХ-ЗАС показана ниже.

Технология работы линии ПЛХЗАС • • • Хлысты с площадки 11 поштучно подаются растаскивателями 12 на подающий двухскоростной двухцепной продольный конвейер 13. Оператор, находящийся на пульте управления 24, оценивает хлыст и принимает решение о длине сортимента или об оторцовке. Нажатием на соответствующие кнопки дает заказ, включив подающий конвейер 13, приемный конвейер 19 и устройство для отмера длины заказанного отрезка. Это устройство представляет собой группу (13 шт. ) выдвигающихся гидравлически упоров 18, расположенных на приемном конвейере на расстояниях от плоскости пилы 15, равных длинам отпиливаемых отрезков. Когда хлыст дойдет до упора на 0, 30 м, подающий конвейер 13 переключается на замедленную скорость равную 0, 34 м/с. Нажатием торцом хлыста на выдвинутый упор автоматически останавливается подающий и приемный конвейер, включается прижимный механизм 14, удерживающий хлыст, и начинается пиление. По окончании пропила 15 возвращается в исходное положение и включаются сбрасыватели 16 или 17, сталкивающие отпиленный отрезок на выносные конвейеры 20 или 23. Опилки и оторцовки удаляются конвейером 21 в бункер 22. После возвращения сбрасывателей в исходное положение оператор дает заказ на длину следующего сортимента и цикл повторяется. Таким образом, автоматически выполняется ряд технологических приемов, в результате которых хлыст полностью раскряжевывается на сортименты

Сменная производительность • φ1 – коэффициент использования рабочего времени; φ1 = 0, 72 – 0, 8; • qхл – средний объем хлыста, м 3; • tц – время, приходящееся на обработку одного хлыста, с;

Время технологического цикла • • Σtп – время продольной подачи хлыста, м; Σt 0 – время оценки хлыста и выдачи заказа, с; Σtp – время выполнения пропилов (резание), с; Σtм. р – время создания межторцовых разрывов между сортиментами и оставшейся частью хлыста, или время на сбрасывание отпиленных сортиментов, с; • Σtх – время подачи к пиле очередного хлыста, с

время продольной подачи хлыста • Lx– средняя длина хлыста, м; • vcp – средняя скорость подачи хлыста, м/с; • lз – путь, проходимый хлыстами на замедленной скорости перед совершением каждого пропила, м; lз = 0, 3 – 0, 4 м; • mз – число переходов на замедленную скорость при раскряжевке хлыста; • v, v 3 – скорость подачи хлыста: номинальная и замедленная, м/с.

время оценки хлыста и выдачи заказа • t’ – время оценки хлыста и выдачи заказа на один сортимент, с; t’ =1, 5 – 2 с; • tcp – время срабатывания аппаратуры перед каждым резом, с; tcp = 0, l – 0, 2 с.

время выполнения пропилов • Σtpi – суммарное время на один пропил • а 0 – ход пилы до соприкосновения с хлыстом м; а 0 = 0, 1 – 0, 2 м; • аi- ход пилы от пропила до крайнего нижнего положения, м; ai = 0, 05 — 0, 1 м; • di –-диаметр хлыста в i-м пропиле, м; • u 0; uх – скорость опускания пилы и подъема пилы при холостом режиме, м/с; uo= 0, 5 – 0, 75 м/с; uх = 0, 7 – 0, 75 м/с; • uр – скорость надвигания пилы во время пиления, м/с, • Nп – мощность, расходуемая на пиление, к. Вт; • η– коэффициент полезного действия установки; • К – удельная работа резания, м. Дж/м 3; • b – ширина пропила, м.

время создания межторцовых разрывов • t’мр – время, затрачиваемое на создание одного межторцового разрыва, с • vпp – скорость приемного конвейера, м/с; • lр – величина межторцового разрыва, м

время подачи очередного хлыста • lр. х – разрыв между хлыстами, м; lр. х = 0, 5 ÷ l м • Наибольший удельный вес в затратах времени обработки хлыста имеют на переместительные операции. • Фактическая сменная производительность ПЛХ-ЗАС при qх = 0, 5 м 3 и Средней длине сортимента 5 м составляет 160– 170 м 3. Максимальная производительность при этих условиях достигает 210– 230 м 3. Обслуживает линию один оператор.

Технология работы линии ЛО-15 С (А)

Схема установки

Компоненты установки ЛО-15 • 1 лесовозная дорога • 2 РРУ-10 М • 3 эстакада • 5 двухстреловой манипулятор • 4 конвейер • 6 пила типа АЦ-ЗС • 9 пульт управления • 7 приемный стол (силовые упоры отмера длин) • 8 сортировочный продольный конвейер • 10 пильный блок • 11 сортировочный конвейер • 12 конвейер отходов • 13 бункер. При работе линии с манипулятором ЛО-13 С ее обслуживают 2 человека, с растаскивателями типа ПРХ-2 С – один оператор.

Производительность установки ЛО-15 Сменная производительность линии определяется на основе продолжительности обработки одного хлыста: • Тц = Тц’ + Т ц» • Т ц’ – время обработки части хлыста с продольной подачей, с; • Т ц» – время обработки вершинной части хлыста на пильном блоке, с. Время обработки вершинной части хлыста, • Т ц» = t o + t c. x + t п + t с. • • T o – время на оценку вершинной части хлыста и выдачу заказа для раскряжевки на пильном блоке, с: t 0 = 1, 7 ÷ 2, 2 с; • t c. x – время на сброс вершинной части хлыста, с; • T c. x ~ 1, 5 с; tп – время на поперечную подачу при пилении, с; t п=(d+a)/uy; • T c – время на сброс отпиленных сортиментов, с; tc = 1 -÷ 5 с. • Продолжительность цикла обработки составляет — 40– 48 с. • Практическая производительность линии ЛО-15 С — 25– 30 м 3/ч, при объеме хлыста 0, 4 м 3

РАСКРЯЖЕВКА НА ЛИНИЯХ С ПОПЕРЕЧНОЙ И СМЕШАННОЙ ПОДАЧЕЙ • Применяют на н/с грузооборотом 300 тыс. м 3 и более • Наиболее эффективны – при раскряжевке хвойных пород – однородного состава хлыстов – небольшое количество типоразмеров сортиментов. • Для хлыстов лиственных пород (до 30%), выпиливают фанерные и лыжные кряжи, для крупномерных хлыстов (от 0, 6 до 1, 1 м) рекомендуется установить вспомогательный поток на базе полуавтоматических линий ПЛХ-ЗАС. • Полуавтоматические линии с поперечной подачей хлыста МР-8, СТИ-2, АПЛ-1 М.

Схема линии МР-8

Технология работы • Хлысты после обработки в сучкорезной установке МСГ 3 подают на раскряжевочный агрегат цепным конвейером 1. • Торец каждого хлыста выравнивается относительно торцующей пилы № 1 продольным торцевыравнивающим конвейером 3 с конечным выключателем 8, • затем хлыст подается сталкивателем 2 в раскряжевочный лоток пильных блоков 4. • Перед раскряжевкой хлыст зажимается рычагами. • Полученные сортименты сталкиваются сбрасывающими рычагами на выносной секционный конвейер 5. • Управление линии осуществляет оператор с пульта 9. • Опилки убираются конвейером 7.

Схема линий ЛО-65, АПЛ-1 М

Технология работы • Хлыст, пройдя сучкорезный станок роторного типа конструкции Сев. НИИП-63 У, перемещается по приводному рольгангу 1 комлем вперед и выравнивается по вершине, • С рольганга хлыст снимается крючьями поперечного транспортера 2, • и подается на приемный стол 4, состоящий из ряда гладких лотков, являющихся сбрасывателями сортиментов. • Затем хлыст прижимается верхним прижимом 3, • балансирные пилы 7, с помощью пневмоцилиндров 8 подводятся к хлысту снизу и производят пиление. • Отпиленные сортименты сбрасываются на выносной конвейер 5.

Производительность

Групповая раскряжевка хлыстов Достоинства — высокая производительность — простота конструкции — уменьшение объема работ по перемещению хлыстов — работа с единым пакетом хлыстов сортиментов Недостатки — низкий ценностный выход — необходимость предварительной сортировки

Виды оборудования 1. бункерное устройство, с блоком цепных пил 2. комплект вагонеток и одна цепная пила с длинной шиной (2– 3 м) или в виде контура

Технологический процесс 1 1. Раскряжевка пакета производится по заданной программе. 2. Пачки из бункера выгружаются после раскряжевки. 3. Если хлысты подсортированы, пачки сортиментов обвязываются и укладываются в штабель. 4. Если не подсортированы, подаются на сортировочный транспортер

Технологический процесс 2 • вагонетка загружается пакетом хлыстов • пакет хлыстов на вагонетке подается под режущий блок. • после пропила вагонетка перемещается на длину очередного сортимента. • после выполнения пропилов пачки выгружаются. • Если хлысты подсортированы пачку обвязывают и укладывают в штабель. • Если хлысты не подсортирован, то полученные пачки укладывают в буферный магазин, а затем направляют на сортировочный транспортер

Производительность групповой раскряжевки • • • Qп – объем пачки хлыстов, м 3; tз – время на загрузку пачки хлыстов на вагонетку, с; Σtк – время на команды, подаваемые оператором, с; Σtр – время, на выполнение пропилов, с; Σtп – время на передвижение вагонетки при раскряжевке пачек, с; • Σtв – время на выгрузку пачек сортиментов на вагонетки, с.

Составляющие технологического цикла раскряжевки • mпр – число пропилов • t. K – время, на команды и оценку при одном пропиле, с; • где h – ход пилы (общая высота), м; • hп– средняя высота пачки хлыстов, м; uо – скорость опускания пилы до пачки, м/с; uр – скорость подачи пилы во время пиления, м/с; uх – скорость подъема пилы , м/с. • Средняя высота пачки • vр; vх – скорость вагонетки в рабочем и обратном направлениях, м/с; с – расстояние от вершин хлыстов до пилы во время загрузки и разгрузки вагонетки, м. • где t. B – время на выгрузку из вагонетки одной пачки сортиментов, с; m – число выгружаемых пачек сортиментов.

Раскряжевка цепными пилами • Подача хлыстов или долготья • Обмер и оценка хлыстов • Выработка оптимальной схемы раскряжевки • Раскряжевка • Клеймение • Подача сортиментов штабеля или на сортировку

Линии для раскряжевки бревен

Назначение и применение 

Поперечная распиловка круглых лесоматериалов является одним из основных видов работ, выполняемых на начальном этапе по переработке леса. Весь объем хлыстов, поступающих на лесные склады, должен быть раскряжеван. Кроме того, балансовое долготье, а также почти вся низкокачественная древесина разделываются на коротье. От операции раскряжевки зависят выполнение сортиментного плана и выход деловой древесины.

Оборудование для поперечной распиловки бревен необходимо при изготовлении шпона на фанерных комбинатах, в деревянном домостроении, при получении дров и других операциях деревообработки.

Оборудование для поперечной распиловки бревен необходимо при изготовлении шпона на фанерных комбинатах, в деревянном домостроении, при получении дров и других операциях деревообработки.  

Схему работы линии в действии можно увидеть на сайте http://lines.epch-3.ru/ 

Специфика работы раскряжевочных линий обусловлена большой разнородностью поступающих в обработку бревен, которые различаются по породе, весу, форме ствола и наличию пороков.  

Требования к точности раскряжевки бревна во многом зависят от технологии дальнейшей обработки древесины.  В соответствии с техническими требованиями допуски длин при раскряжевке хлыстов не должны превышать ±5 см, а при разделке долготья на коротье ±2 см. Таким образом, следует отметить, что раскряжевочные установки наряду с высокой производительностью должны обеспечивать необходимую точность отмера длин и возможность вести раскрой бревен с учетом их внешних и внутренних пороков. 

Мы предлагаем решения по проектированию и поставке раскряжевочных линий и отдельных элементов для действующих и вновь образующихся производств. Их внедрение позволит значительно облегчить ручной труд, снизить влияние человеческого фактора и повысить производительность.  

В качестве пильного оборудования в раскряжевочных и торцовочных линиях могут использоваться дисковые либо цепные торцовки различного исполнения. 

Выбор необходимого типа распила определяется с учетом ряда факторов, таких как требуемая точность, качество распила, диаметры бревен, производительность, стоимость и др. 

Дисковый вариант используется для более качественного и быстрого распила: 

Цепные торцовочные станки, позволяют распиливать бревна большого диаметра. Цепные торцовки, как правило, несколько дешевле по стоимости 

  Чтобы выбрать раскряжевочную линию мы предлагаем уже готовые решения, которые позволят быстро и без проблем решить поставленные задачи, или спроектируем по техническому заданию оборудование, которое будет отвечать поставленным Вами целям. Наши специалисты готовы подсказать наиболее оптимальные варианты комплектации с учетом опыта использования оборудования клиентами компании.  

Околостаночное оборудование, которое может входить в состав раскряжевочных линий, представлено ниже. 

Поперечный цепной транспортер 

    Поперечный цепной транспортер служит для раскатки и перемещения заготовок из зоны разгрузки или хранения на транспортировочную линию (продольный транспортер) для дальнейшей обработки. Бревно базируется на цепях, которые располагаются на продольных направляющих (нитях). С помощью мотор-редуктора цепи приводятся в движение и перемещают бревна. Количество нитей определяется длиной перемещаемых бревен и общей грузоподъемностью. 

Транспортеры могут использоваться в линиях сортировки, раскряжевочных линиях, в линиях по распиловке древесины, также их применяют и на производствах оцилиндрованного бревна и профилированного бруса.  

Длина определяется в зависимости от требуемой величины перемещения заготовки и планировки площадей. 

Управление транспортером осуществляется оператором с выносного пульта. В базовой комплектации скорость перемещения бревен фиксирована. Для удобства раскатки устанавливается реверс. По желанию заказчика привод транспортера может быть оборудован частотным преобразователем, который позволит менять скорость движения заготовки. Опционально транспортер может быть оснащен устройством для сбрасывания бревен. 

Разобщитель бревен 

 Разобщитель бревен предназначен для поштучной выдачи или подачи бревен с эстакады (поперечного транспортера) на продольный транспортер, станок или другое деревообрабатывающее оборудование. Применяется в составе механизированной линии по перемещению заготовки в зону обработки. Бревно, попадая на разобщитель, передвигается по направляющим цепям с помощью зацепов (упоров). Для предотвращения одновременного перемещения двух бревен устанавливаются отсекатели. 

Разобщители используются в линиях перемещения бревен для планомерной загрузки продольного транспортера или станка. Универсальность данного оборудования позволяет применять его в различных отраслях деревообработки, от сортировки пиловочника до перемещения погонажа и пиломатерила на упаковочную линию.  

Длина и высота определяется в зависимости от производственной потребности заказчика. 

Разобщитель комплектуется выносным пультом управления. В базовой комплектации скорость перемещения бревен фиксирована. Для синхронизации работы разобщителя в линии с поперечным и продольным транспортерами по желанию заказчика привод может быть оборудован частотным преобразователем, который позволит менять скорость движения заготовки.  

Продольный транспортер 

    Продольный транспортер для бревен (бревнотаска) используется для перемещения бревен в производственном потоке между единицами оборудования. На цепном транспортере бревна располагаются на ложементах, которые закреплены на тянущей цепи и приводятся в движении мотор-редуктором. У роликового транспортера для бревен ролики выполнены в форме конуса с ребрами, что позволяет центрировать заготовку перед подачей в станок (брусовальный, торцовочный и т.п.). 

Применение бревнотасок довольно-таки широкое. Их используют как в сортировочных, раскряжевочных и дровокольных линиях, так и на производстве оцилиндрованного бревна, профилированного бруса и различного пиломатериала. 

Длина определяется в зависимости от требуемых задач по перемещению бревен и планировки площадей. 

В базовой комплектации управление транспортером оператор выполняет с выносного пульта, скорость работы транспортера фиксирована. По желанию заказчика привод транспортера может быть оборудован частотным преобразователем, который позволит менять скорость движения заготовки. Опционально транспортер может быть оснащен устройством для сбрасывания бревен и боковыми переставными «отбойниками». 

Сбрасыватель  

Служит для перемещения (сброса) отпиленной от бревна заготовки с принимающего транспортера на следующую стадию (например брусовал, пилораму) 

В чем разница между изгибом и короблением

В чем разница между изгибом и короблением, привет, ребята, в этой статье мы знаем о том, в чем разница между изгибом и короблением. Как мы знаем, как изгиб, так и коробление возникают в элементе конструкции из-за приложенной нагрузки.

Когда поперечная нагрузка действует перпендикулярно нейтральной оси элементов конструкции, это называется изгибом. Изгиб элемента конструкции 2 типа провисание и перебор . Если у нас есть просто поддерживаемая балка элемент конструкции, который поддерживается с обоих концов колонной, когда к балке приложена нагрузка, он будет испытывать положительный изгибающий момент и изгибаться в вогнутой лицевой конструкции в направлении вниз.

на вогнутой поверхности есть три слоя, средний из которых известен как нейтральная ось , ниже среднего слоя находится слой растяжения , а верхний нейтральный слой известен как слой сжатия .

В чем разница между изгибом и короблением

И отрицательный изгибающий момент Сжатие имеет место в консольной балке , которая поддерживает только один конец колонной, а второй конец свободен. структура направлена ​​вверх. верхняя часть выпуклой грани испытывает максимальное растяжение, а нижняя грань максимально сжимается.

имеется нейтральный слой между максимальным натяжным слоем и максимальным компрессионный слой . И в этой статье мы узнаем о том, в чем разница между изгибом и короблением.

Положительный изгибающий момент провисанияЧто такое зона растяжения и зона сжатия в балке

Что такое изгиб?

изгиб – это напряженное состояние, когда поперечная нагрузка приложена перпендикулярно нейтральной оси конструктивных элементов, таких как балки и конструктивные элементы, испытывают отрицательный и положительный изгибающий момент в направлении вниз и вверх соответственно.

Когда нагрузка действует на элемент конструкции перпендикулярно ему, это называется поперечной нагрузкой.

В чем разница между изгибом и короблением

Что такое коробление?

В гражданском строительстве, когда объект не может выдержать нагрузку, он внезапно разрушается, и это разрушение называется короблением. Потеря устойчивости – это внезапное изменение формы элемента конструкции под действием осевой нагрузки. Структура подвергается постепенно увеличивающейся осевой нагрузке, действующей на нее, когда нагрузка достигает критического уровня, элемент конструкции может внезапно изменить форму и структуру, а компонент, как говорят, изогнулся.

Осевая нагрузка на элемент конструкции, такой как колонна, может вызвать значительную и несколько непредсказуемую деформацию и, возможно, привести к полной потере несущей способности элементов.

◆Вы можете следить за мной на Facebook и подписаться на наш канал Youtube

Вам также следует посетить:-

1)что такое бетон и его виды и свойства

расчет количества бетона для лестницы 2) и его формула

Различные виды нагрузок, действующих на элементы конструкции

1) Осевая нагрузка : — если нагрузка на элемент конструкции действует через центр тяжести его поперечного сечения вдоль направления нейтральной оси, то называется осевой нагрузкой. Осевая нагрузка, действующая на колонну

2) внецентренная нагрузка: – если нагрузка на элемент конструкции действует на любой другой элемент в поперечном сечении, называется внецентренной нагрузкой. Он также применяется к столбцу 9.0007

3) поперечная нагрузка :- если нагрузка на элемент конструкции прикладывается перпендикулярно нейтральной оси элемента конструкции, называется поперечной нагрузкой и вызывает изгибающий момент в балке.

Чем отличается изгиб от потери устойчивости

1) изгиб — напряженное состояние, развивающееся в нем при приложении к нему поперечной нагрузки, они испытывают два вида напряжений сжатия и растяжения и имеют нейтральную ось между зоной сжатия и растяжения

В то время как выпучивание — это состояние нестабильности, когда на него действует осевая нагрузка, они испытывают отклонение и деформацию элемента конструкции, такого как колонна, что приводит к разрушению элемента конструкции.

2) в изгибающем этот момент существенно не зависит от результирующего прогиба

Но в выпучивании момент и прогиб взаимно-зависимы, поэтому в моменте прогиб и напряжение не пропорциональны нагрузке

3) в изгиб нет вероятности разрушения элемента конструкции при приложении к нему поперечной нагрузки

Но в потеря устойчивости есть вероятность разрушения элемента конструкции типа колонны, когда нагрузка достигает критического уровня элементы могут внезапно изменить свою форму, а структура и компонент могут разрушиться.

4) изгиб возникает из-за поперечной нагрузки в элементе конструкции, таком как балка

Но коробление возникает из-за осевой и внецентренной нагрузки в элементе конструкции, таком как колонна.

Что такое Анализ потери устойчивости — Enterfea

Я хорошо помню, когда впервые попытался понять коробление. По какой-то причине это было неестественно для меня. Было так много уравнений, которые тогда не имели никакого смысла! Но проще понять стабильность благодаря FEA. Чтобы туда попасть, нам нужно найти хороший ответ на вопрос: что такое анализ потери устойчивости?

Анализ потери устойчивости — это процедура МКЭ, которая может решить все сложные проблемы потери устойчивости, которые невозможно решить с помощью ручных расчетов. Линейная потеря устойчивости (LBA) является наиболее распространенным методом анализа потери устойчивости. С другой стороны, нелинейный подход предлагает более надежные решения, чем линейная потеря устойчивости.

Как и все в инженерии, анализ потери устойчивости имеет разные «уровни» сложности. Определенно, чем больше вы знаете, тем больше вы можете точно рассчитать… но давайте начнем с самого начала.

Сгибание — это название игры!

Во-первых, я чувствую, что должен начать с чего-то очень важного:

Обычно, когда люди говорят «Анализ потери устойчивости» , они имеют в виду Анализ линейной бифуркации (LBA) .

Хотя LBA — отличный инструмент, и мы обязательно поговорим о нем здесь, это только начало!

По правде говоря, многие задачи требуют нелинейного подхода к выпучиванию , и я буду обсуждать это здесь! Такой подход также является «анализом потери устойчивости», но вы, возможно, слышали, что в этом отношении используется термин «нелинейная потеря устойчивости».

Честно говоря, я предпочитаю говорить о «стабильности», а не о «прогибе». Хотя это может быть моей странной причудой (думаю, доктор философии в области стабильности делает это с вами!), я думаю, что это немного точнее. Я предполагаю, что это происходит из-за того, что когда мы обсуждаем коробление, люди сразу же думают о столбце Эйлера и «прогибании» сжатых прямых элементов.

Хотя на самом деле стабильность покрывает НАМНОГО больше эффектов. В любом случае, я могу с уверенностью назвать большинство из них «изгибающимися», но я думаю, что стабильность просто лучше подходит для этой роли. Итак, прежде чем мы двинемся дальше, давайте посмотрим на несколько крутых способов, которыми вещи могут потерять стабильность.

50 оттенков стабильности

Есть одна вещь, которую мы должны рассмотреть, прежде чем мы перейдем к анализу потери устойчивости методом конечных элементов и всем «техническим» вещам. Вам просто нужно было знать, что из-за стабильности все может выйти из строя! В конце концов, очень важно знать, что вы пытаетесь решить в FEA. Дело не только в «знай своего врага». Фактический подход к моделированию и анализу в некоторых случаях будет отличаться в зависимости от типа стабильности, с которым вам приходится иметь дело. Вот почему я составил список всех замечательных случаев, когда что-то может выйти из строя из-за стабильности:

• Изгиб! Ну да, здесь все начинается. Иногда я задаюсь вопросом, сколько структур рухнуло, прежде чем мы осознали, насколько опасно коробление. Если вы сожмете тонкий элемент, он выйдет из строя при напряжениях, намного меньших, чем предел текучести — классическое явление.

• Боковой изгиб! Это что-то «другое» и то же самое, я бы сказал. Когда балка находится в начале, половина поперечного сечения сжата, а другая половина растянута. Сжатая часть хочет «изогнуться», в то время как натянутая часть пытается стабилизировать всю балку. В конце концов, балка «скрутится» и выйдет из строя, если она не будет должным образом поддерживаться сбоку. Думайте об этом как о «нормальном выпучивании, но при изгибе, а не сжатии». Это также намного хуже вычислять … так как вам нужно знать критический изгибающий момент!

• Местное коробление! Это весело! Мне очень не нравится деление на «местное/глобальное». Но факт остается фактом. Если у вас есть балка с очень тонкой стенкой, может случиться так, что стенка выгнется сама по себе, прежде чем балка выйдет из строя из-за коробления (или LTB при изгибе). Этот отказ тонкой части может означать отказ. Однако часто (особенно в сварных стальных двутаврах на изгиб) это может привести к другому состоянию равновесия, когда балка еще работает. Такие состояния обычно называют «посткритической мощностью» или «посткритической работой».

• Потеря устойчивости при сдвиге! Не только сжатие может вызвать коробление. Шир также делает это. Можно возразить, что сдвиг по умолчанию приводит к сжатию и растяжению (как в модели фермы, которую мы используем для расчета поперечной арматуры в бетонных балках). Но, тем не менее, ваше программное обеспечение FEA покажет вам сдвиг, а не сжатие, поэтому я думаю, что справедливо рассматривать это как нечто другое. У вас обычно не будет проблем с такой стабильностью… если только вы не делаете балки с тонкими стенками или не проектируете конструкции из оболочек/пластин. Я бы сказал, что правила для балок довольно хорошо известны, но устойчивость оболочек к сдвигу действительно может застать вас врасплох!

• Стабильность оболочки! Это мой кандидат наук. прямо там! Так много вариантов. Оболочки могут разрушаться из-за сжатия в продольном или окружном направлении или из-за сдвига. Но, как правило, из-за всех этих эффектов, объединенных тем или иным образом. Кроме того, это может происходить локально или глобально. Ага, непорядок! Я даже не буду перечислять все возможности (есть даже коробление из-за обширных пластических деформаций!). По сути, стабильность оболочки — сложная тема, и мы, конечно, обсудим и ее (никогда не бегите от таких сложных задач!).

• Глобальное равновесие!  Помещаю сюда, но со смешанными чувствами. Технически, если у вас есть конструкция со слишком слабым анкерным креплением, она может опрокинуться, если подует ветер. Пока ветер не «разрушил» ни одной части здания (т.е. ничего не «прогнулось»), оно просто рухнуло целиком. Технически это форма стабильности, но я обычно отношу ее к категории «неудачи» как таковой, и я не стал бы возражать против тех, кто будет утверждать, что это не «классическая стабильность».

Хорошо, я знаю, что это много, чтобы понять. Но, по правде говоря, без понимания всего этого, выполнение анализа потери устойчивости методом конечных элементов не является хорошей идеей. Довольно легко пропустить что-то, если вы не знаете об этом! Мы вернемся к этому ближе к концу этого поста.

Поделись этим постом с друзьями!

• Facebook
• LinkedIn

Линейная деформация

До сих пор не понимаю, почему этому не учат в детских садах. Это самый «базовый» и удобный для пользователя анализ проблем потери устойчивости с помощью метода конечных элементов. Хотя линейный бифуркационный анализ (LBA) ограничен и в некоторых случаях довольно неточен, он настолько прост в использовании, что по умолчанию используется для анализа стабильности в большинстве пакетов FEA. Он настолько популярен, что в некоторых программах этот тип анализа называется просто «баклинг».

Идея состоит в том, что вы вводите, поддерживаете и загружаете модель, а затем в результате анализа вы получаете множитель критической нагрузки.

Множители нагрузки как результат:

Если вы привыкли использовать коды проектирования, может показаться странным представлять мощность как «множитель нагрузки». Но на самом деле это имеет большой смысл. По сути, вы должны читать такие результаты, как «во сколько раз я должен увеличить свою нагрузку, чтобы конструкция дошла до отказа». Конечно, множитель нагрузки выше 1,0 означает, что приложенная вами нагрузка не достигает «сбоя анализа», а множитель ниже 1,0 ведет к гибели!

Подробнее о множителе нагрузки можно прочитать здесь!

Множитель критической нагрузки, который вы получаете от Linear Buckling, довольно своеобразен.

Результат должен выглядеть следующим образом: сколько раз мне нужно увеличить нагрузку, чтобы моя идеальная модель вышла из строя из-за упругой устойчивости.

Инженеры часто читают приведенное выше как «емкость за счет стабильности», что, к сожалению, совершенно неверно! На приведенном ниже графике это ясно видно:

Это похоже на столбец Эйлера, с которого мы начали. Хотя критическая сила может быть довольно высокой, «фактическая» мощность будет намного ниже. Есть три основных аспекта, на которые мы должны обратить внимание:

• Несовершенства!  Скажем прямо, вероятность того, что наша колонка будет идеальной, равна 0 (прописью: ноль). Что бы мы ни делали и как бы ни старались, все равно что-то будет не так. Может быть, ось не будет идеально прямой или вертикальной, может быть, мы приложим нагрузку с небольшим эксцентриситетом, или, может быть, материал нашей колонны не будет иметь совершенно одинаковых свойств по всему элементу. Какой бы ни была причина, все эти факторы приведут к снижению емкости. Это сокращение не учитывается в уравнении Эйлера. Это означает, что это уравнение (и LBA, если на то пошло) завышает емкость из-за этого эффекта.
• Линейная геометрия! Я признаю, что это важно только в некоторых случаях, но когда это важно, это меняет дело. Понятно, что LBA линейна. С другой стороны коробления как явления нет. Как и во всем, это не означает, что вы должны анализировать все с нелинейным подходом. Иногда воздействие будет небольшим (как в большинстве моделей луча). Но в других местах (конструкции плиты/оболочки) это просто невозможно не заметить!
• Линейный материал! Обычно инженеры стараются держать пластичность «вдали» от стабильности. Но это только потому, что все, что мы можем рассчитать вручную, — это «упругую устойчивость». Подумайте об этом таким образом. Изгиб — это более или менее сложная деформация. При текучести стали деформации происходят «бесплатно», так как это «пластические деформации», не требующие дополнительной нагрузки. Так что на самом деле вполне разумно предположить, что когда ваш элемент начнет поддаваться, он будет более склонен к короблению. И это! И уравнение Эйлера, и LBA могут это учитывать.

Нам нужно обсудить эти вопросы один за другим, прежде чем двигаться дальше. Это критически важный материал (каламбур!).

Кого волнуют недостатки?!

Это та часть проектирования МКЭ, о которой многие инженеры с радостью бы забыли! Я почти уверен, что если бы несовершенства было легко реализовать, никто бы не жаловался. К сожалению, это довольно сложная вещь, к тому же отнимающая много времени. Поэтому вполне естественно, что люди хотят его бросить!

Забавное примечание:  с моим многолетним опытом корпоративного обучения я узнал кое-что любопытное. Часто бывает так, что самые сложные вещи в дизайне обычно «упускаются из виду» или просто «игнорируются». И когда я спрашиваю об этих темах, я обычно слышу что-то вроде «это непрактично» или «слишком мало времени» и старую классику «мы всегда так делали».

Я думаю, что показать на примерах, как игнорируемый эффект снижает емкость, в таких случаях очень важно.

Поскольку несовершенства также часто игнорируются, давайте рассмотрим простой пример.

Самые основы несовершенства!

Прежде чем мы перейдем к более сложным вещам, давайте посмотрим, как это работает на самом деле. Мы будем использовать для этого наш доверенный столбец Эйлера, хорошо?

Во-первых, давайте посмотрим, как это работает в LBA. У нас есть хороший столбец, и мы нагружаем его нагрузкой P=1. На самом деле не имеет значения, сколько нагрузки означает «1». Обратите внимание, что колонна вообще не деформируется в стороны. Это может немного сократиться из-за закона Гука и всего такого, но здесь это незначительная проблема.

Хорошо, увеличим нагрузку до P=2. Опять же, ничего действительно не происходит. Боковые деформации по-прежнему равны нулю.

Наконец, мы применяем «достаточно большую нагрузку». Я обозначил ее как Pcr, но ее часто называют «силой Эйлера» или просто «критической силой». При такой нагрузке наша колонна прогибается! Как ни странно, не имеет значения, насколько велики боковые деформации. Мгновенно в месте, называемом точкой бифуркации, наша колонка «защелкивается» в режим отказа… и готово! Формально боковые деформации становятся бесконечными (это то, что показал бы LBA), но, конечно, «настоящая балка» просто сломалась бы в какой-то момент (хотя LBA этого не видит).

Конечно, «бесконечность» выглядит очень плохо на диаграммах в программе FEA, поэтому вместо этого форма «нормализована». Часто вы увидите, что максимальные горизонтальные деформации в LBA равны «1». Но это не 1м или 1мм или что-то еще. Это просто способ показать вам «форму». Подумайте об этом так: если эта точка перемещается на «1», а другая точка перемещается только на «0,5», то вторая точка перемещается на половину расстояния от первой. Как далеко они заходят, не имеет значения. Это просто линейно масштабируемо.

Что мы узнали из этого?

Вывод один. Поскольку мы анализируем «идеальную модель», горизонтальные деформации возникают только при разрушении!

На самом деле это не так… давайте посмотрим!

Ладно, ладно… Меня волнуют недостатки!

Теперь давайте посмотрим на нашу замечательную колонну, но сначала согнем ее.

Обычно «изгиб» — это способ, которым мы соединяем все неопределенные вещи (прямая ось, постоянные свойства материала, эксцентриситеты и все такое!). Взять все эти эффекты по отдельности было бы нецелесообразно. Вместо этого мы объединим их в одно значение «несовершенства», которое я обозначил как U0 ниже:

Обратите внимание на изменение реакции модели:

• Нулевая нагрузка:  Модель уже имеет определенную горизонтальную деформацию U0. Я буду называть «амплитуда несовершенства». Кроме того, он изогнут дугой греха (это «форма несовершенства»). Обратите внимание, что вам нужны и форма, и амплитуда, чтобы определить несовершенство.
• Приложена нагрузка P=1:  Поскольку первоначальный дефект был, приложение нагрузки P=1 вызывает некоторый изгиб. Из-за этого начала наша колонна больше прогибается, и теперь горизонтальные деформации равны U1.
• Прилагается нагрузка P=2:  Опять же, даже больше, появляется нагрузка, вызывающая больший изгиб, но и большую деформацию U2.
• Приложена предельная нагрузка:  В какой-то момент нагрузка настолько высока, что колонна выходит из строя из-за потери устойчивости. Обратите внимание, что мы можем легко предположить, что уступка не была задействована… но с тем же успехом она могла бы быть задействована. Мы вернемся к этому позже!

Это то, что я бы назвал «предельной нагрузкой» или фактической грузоподъемностью балки. Чтобы быть точным, я должен добавить, что если уровень напряжения поднимется до предела текучести, следует учитывать текучесть, чтобы получить «правильную» предельную нагрузку. А пока предположим, что потеря устойчивости произошла в чисто упругой зоне для простоты.

Обратите внимание, что «реальная мощность», которую я назвал предельной нагрузкой, меньше критической нагрузки, прогнозируемой LBA!

Это означает, что несовершенства наряду с эффектами второго порядка действительно снижают производительность. Иногда с очень большим отрывом. Максимальное сокращение между «идеальной» и «несовершенной» моделью , которое я видел в своих собственных разработках, было в 2,5 раза меньше!

Я чувствую, что вы не хотите совершать такие ошибки… поэтому лучше включать несовершенства в свои модели, если вы используете МКЭ в качестве основного инструмента проектирования.

Но есть проблема с LBA… даже если вы реализуете несовершенства, LBA не будет учитывать вторичные эффекты! Не будет увеличения деформаций в середине с увеличением нагрузки. Хотя учет вторичных эффектов кажется необходимым… LBA не будет делать такие трюки за вас. Это подводит нас ко второму пункту списка, который мы обсуждаем!

Линейный как… Линейный изгиб!

Явление, которое я только что описал (с увеличением деформации из-за несовершенства), на самом деле нелинейно. Конечно, в первую очередь нужно реализовать несовершенства. Без них в нашем примере все равно ничего не получится. Но об этом я уже рассказывал в предыдущей части. Но даже если вы реализуете несовершенства, для LBA это не очень хорошо! Поскольку это линейный алгоритм, он не может учитывать эффекты геометрии второго порядка (например, только что описанное увеличение деформации). Никакая настройка не может это изменить! Проще говоря, LBA использует «линейную геометрию». Чтобы в анализе возникали геометрические эффекты второго порядка, вам нужна «нелинейная геометрия».

Небольшая оговорка для придирчивых:

Я понимаю, что «геометрия второго порядка» и «нелинейная геометрия» — это не совсем одно и то же. Некоторое программное обеспечение (особенно более дешевое в гражданском строительстве) реализует только «геометрию второго порядка». В этих программах его часто называют «анализом второго порядка». С ним вы действительно не сможете провести «геометрически нелинейный анализ», если только он не будет реализован отдельно. «Полная нелинейная геометрия» допускает еще несколько трюков. т.е. вещи могут войти в состояние мембраны во время анализа. Вы можете прочитать больше о нелинейной геометрии или о том, как она работает здесь!

Я подозреваю, что в какой-то момент это исчезнет, ​​так как все пакеты FEA позволяют использовать нелинейную геометрию. На данный момент, чтобы получить увеличение горизонтальных деформаций под нагрузкой, вам не нужна «полная нелинейная геометрия». Все, что вам нужно, это пережиток прошлого, называемый «геометрией второго порядка». Думайте об этом как о «нелинейной геометрии старых времен».

Просто чтобы избежать гневных взглядов, я буду называть это в основном «эффектами второго порядка» в оставшейся части этого поста! Просто имейте в виду, что это почти то же самое, что «нелинейная геометрия».

Хорошо! Предположим, что решатель хочет включить увеличение деформации (эффекты второго порядка). Единственный способ сделать это — применить нагрузку, как я. Разделите его на более мелкие части и посмотрите, как модель ведет себя с меньшей нагрузкой. А затем постепенно добавляйте все больше и больше нагрузки, замечая, как деформируется модель, и принимая это во внимание.

К сожалению, LBA не может этого сделать… так как он линейный!

Это означает, что даже если вы включите несовершенства, LBA не будет учитывать эту дополнительную деформацию от несовершенства (часто называемую «деформацией второго порядка»). Не все этому подвержены. Большинству моделей балок все равно, так как правила проектирования учитывают этот эффект. Но, например, ракушки будут кричать от возмущения!

Для балочных моделей проблема меньше. Но это не потому, что вы можете «полностью игнорировать» эффекты второго порядка. Это было бы слишком даже для балок! Однако балки (а также колонны и другие «элементы») довольно легко предсказать. Это означает, что процедуры разработки кода, которые вы можете использовать (например, в EN 1993-1-1), уже включают эффекты второго порядка, «скрытые» в самой процедуре. По сути, вы можете оценить критическую нагрузку без них и учесть эффекты второго порядка позже, благодаря процедуре расчета.

Для моделей в корпусе дела обстоят мрачнее. Практически невозможно предсказать, как различные оболочки будут реагировать на несовершенства, и каковы будут масштабы «эффектов второго порядка». Трудно делать однозначные предположения о «безопасной стороне» по этому поводу. То, что вы получите, во многих случаях приведет к чрезвычайно консервативному дизайну (хотя в других случаях оно будет крайне необходимо!). Это означает, что вы просто не можете использовать LBA в дизайне оболочки. Что ж, вы можете использовать LBA, но такая процедура должна основываться на безумных ожиданиях и предположениях. Вы знаете, как калибровать метод проектирования для каждого конкретного случая!

Эластичный или пластиковый… что такое емкость на самом деле?

Последний пункт в этом коротком списке ограничений линейного изгиба — забавный. Здесь мы задаемся вопросом, какова на самом деле способность элемента!

Это может показаться неожиданным, но на самом деле это довольно сложная тема!

Во-первых, выбросим из окна все «странности». Мы не будем здесь говорить ни об усталости, ни о динамических воздействиях, ни о коррозии, ни о многих других вещах, которые могут вызвать обрушение. Поскольку все уже сложно, давайте договоримся, что мы будем строго придерживаться статического дизайна. Кроме того, мы не будем проверять дополнительные вещи, такие как максимально допустимые деформации и тому подобное. Они не имеют реального влияния на коробление.

При этом мы остаемся со стабильностью и пластичностью:

Пластический отказ:  Вы можете думать об этом как о «стрессовом отказе». По сути, деталь нагружается так сильно, что материал не выдерживает нагрузок, которым он подвергается. Знаете, как бетонный кирпич в гидравлическом прессе. Нет влияния стабильности. Я не думаю, что мне нужно убеждать вас, что когда вы сжимаете бетонный куб в гидравлическом прессе… он не прогнется!

Нарушение стабильности:  Я сам называю это «упругим разрушением», но это может быть не лучший способ описать это явление (поэтому вместо этого я использовал стабильность). Это «чистая потеря устойчивости». Поскольку в этом случае коробление происходит в «чисто упругом диапазоне», пластическая способность материала не имеет значения (пока она достаточно высока, чтобы удерживать коробление в пределах упругого диапазона).

В большинстве процедур проектирования (аналитических, описанных в кодах) используется одна метрика емкости (обычно в процентах). В большинстве случаев это получается таким образом, что вы сначала вычисляете пластическую емкость, а затем уменьшаете ее, принимая во внимание стабильность. В итоге вы получите одно единственное значение, описывающее коэффициент мощности элемента.

Но при таком подходе очень легко потерять очень важную вещь! Эти двое неразделимы!

На самом деле разрушение пластика и нарушение устойчивости могут «взаимодействовать» и вызвать отказ раньше, чем любой из них по отдельности!

Это определенно может вас удивить!

Я часто вижу, как люди проверяют напряжения (т. е. пластический анализ), а затем проверяют стабильность. Обычно, если оба в порядке, они видят результат «со структурой все в порядке». К сожалению, это может быть не так! Как и везде, здесь есть несколько возможностей:

• Преобладает разрушение пластика! Это простая ситуация. Как бетонный куб в гидравлическом прессе. Конечно, можно глупо возразить, что такой куб может согнуться. Но даже в этом случае способность к изгибу будет в сколько… в тысячу раз выше, чем способность к пластической деформации (т. е. усилие раздавливания). В таком случае очевидно, что механизмом разрушения будет пластический отказ, и это все.

• Преобладает нарушение устойчивости! Представьте себе стержень диаметром 1 мм и длиной 10 м. Вы пытаетесь сжать его. Он будет прогибаться при виде любой сжимающей нагрузки. Вам даже не нужно его загружать, достаточно чистой «угрозы» загрузки! Не думаю, что мне нужно убеждать вас в том, что повышение предела текучести стали, из которой изготовлен стержень, ничего не меняет. Он деформируется при сжимающем напряжении в несколько МПа. Намного ниже любого разумного предела доходности. В таких случаях доминирует коробление, и решающим фактором будет способность к продольному изгибу.

• В середине всегда есть что-то! Теперь представьте себе стальную трубу длиной 1 м (с достаточно малым поперечным сечением). Когда вы прикладываете сжимающую нагрузку, поскольку она несовершенна (давайте признаем, что все так…), она также будет изгибаться. Так же, как и в предыдущем примере, горизонтальная деформация будет увеличиваться. Но это также означает, что эксцентриситет выше! Это, в свою очередь, вызывает еще больший изгиб и большую деформацию! Это спираль, которая снижает мощность из-за стабильности, как мы уже обсуждали. Но в данном конкретном случае, прежде чем произойдет коробление, напряжения от сжатия и изгиба начинают вызывать деформацию в середине трубы. Это делает деформацию еще выше! Это, в свою очередь, увеличивает напряжения и одновременно снижает производительность из-за стабильности! Наконец-то труба рухнула!

Здесь происходит самое интересное. Потому что, видите ли… труба из последнего примера могла выйти из строя, скажем, под нагрузкой 80. Тогда как ее емкость за счет устойчивости может быть 90, а пластмассовая емкость может быть 100. И это когда люди ошибаются! Часто случается так, что деформация и пластическая емкость несколько близки друг к другу (например, 90 и 100 в этом примере). В таких ситуациях… они будут «сотрудничать», чтобы уничтожить модель, и конечная мощность будет ниже, чем любой из двух эффектов по отдельности!

Чтобы представить это в перспективе, давайте снова рассмотрим наши 3 случая, но с числами:

• Преобладает разрушение пластика! Пластическая емкость: 10, Эластичная емкость: 10000, Конечная «реальная» емкость: 10. «Влияния на стабильность нет, так как пластическая и упругая емкости были «далеко» друг от друга, и явно доминировала одна.
• Преобладает нарушение стабильности! Та же ситуация, только наоборот! Стабильность: 10, Пластическая мощность: 10000, Окончательная «реальная» мощность: 10. На этот раз пластическая емкость была настолько высока, что этот режим отказа фактически не «способствовал отказу».
• И, наконец, кое-что посередине! Так же, как я написал в примере выше. Пластиковая емкость: 100, Стабильность: 90, Окончательная «реальная» емкость: 80. Обратите внимание, что 80 меньше, чем 100 и 90, что приводит к очень важному выводу:

Если стабильность и пластичность близки друг к другу недостаточно проверить их обоих по отдельности!

И это еще одна вещь, где LBA вам не поможет. Он не может использовать нелинейный материал (для расчета пластической способности). Это означает, что он не будет учитывать «взаимодействие» режимов отказа!

Что вы получаете с LBA!

Хорошо! Пришло время для чего-то позитивного!

Я только что сказал вам, что линейная потеря устойчивости (LBA) даст вам какой-то результат… но он не будет включать важные эффекты, такие как несовершенства, деформации второго порядка или влияние текучести на способность к потере устойчивости.

Единственный резонный вопрос: зачем вообще заморачиваться с LBA?!

К счастью, на такой вопрос есть четкий ответ!

LBA сияет, когда у вас есть определенная процедура проектирования!

В основном это относится к балочным моделям. Для того чтобы сконструировать колонну или балку, нужно изрядно потрудиться. Большинство норм (таких как EN 1993-1-1) описывают процедуры проектирования, которые позволяют учитывать все эффекты, которые мы только что обсуждали. Однако, чтобы их использовать, нужно знать член , стройность .

Можно посчитать вручную — во многих случаях это выполнимо, но в некоторых довольно долго. Но вместо вы можете использовать LBA для расчета критической нагрузки – самого сложного компонента расчета гибкости!

Вот где блестит этот анализ! Это может значительно упростить работу, которую необходимо выполнить для проектирования проблемного элемента в моделях балок. Но… это более или менее «оно». Если вы не увлекаетесь моделями балок и дизайном, управляемым кодом… LBA — просто хорошая игрушка!

Конечно, на основе результата вы можете сделать «обоснованные предположения» о емкости из-за стабильности… но это будут только предположения, поскольку вы не включаете все факторы, которые я только что описал!

Обучая различные компании FEA и стабильности, я часто слышу, что они используют «магический предел LBA». Вы знаете что-то вроде «если множитель критической нагрузки выше, чем X, все в порядке». Должен признать, что «Х» сильно варьируется (от 2 до 50!), но все уверены, что их значение работает! К сожалению, единой «абсолютной ценности» не существует, и я могу показать это на простом примере.

Давайте посмотрим на примере, насколько результаты LBA «относительны»:

Представьте себе двухметровую ферму. Каждый сжатый страут, спроектированный в соответствии с Еврокодами, будет иметь мощность примерно в два раза ниже критической силы Эйлера. Это означает, что если ферма «хорошо спроектирована», множитель критической нагрузки для этих элементов будет в пределах 2,0-3,0.

Тот же результат (2.0-3.0) может поднять некоторые флаги для простой рамной системы, если этот множитель нагрузки будет связан с нарушением устойчивости при раскачивании.

И тот же результат (2.0-3.0) был бы скорее катастрофой в конструкции корпуса силоса, так как реальная вместимость может быть в несколько раз ниже.

Как вы можете видеть выше, «один и тот же результат» от LBA в одной ситуации вполне приемлем (диагонали фермы), а в других случаях приводит к почти неизбежному отказу (выпучивание оболочки).

Я хочу сказать, что не существует «волшебного множителя критической нагрузки», который решит все ваши проблемы! И на самом деле, результатов LBA не могут использоваться в качестве показателей пропускной способности!  По крайней мере, не без большой предварительной работы. Давайте обсудим это дальше, хорошо?

Использование LBA для оценки устойчивости к изгибу

Конечно, я могу представить процедуру, которая поможет вам узнать больше для очень специфических и часто повторяющихся моделей. Но решать это вам. Ниже приведен список того, что я бы сделал (конечно, если бы я работал над часто повторяющимися задачами), чтобы получить достаточно знаний для более разумного использования LBA:

• Решите, какие типы структур вы делаете, которые часто повторяются. Каждая из групп анализируется отдельно.
• Рассчитайте фактическую грузоподъемность конструкции — это НЕ результат линейной потери устойчивости! Скорее всего, вам придется использовать некоторые коды проектирования, тестирование или нелинейный подход FEA, чтобы получить правильные ответы.
• Для каждого случая также рассчитайте линейную потерю устойчивости. Обратите внимание, как «фактическая» емкость отличается от результата LBA.
• Составьте список всех моделей, рассчитанных таким образом. Через некоторое время вы можете начать анализировать вещи статистически и делать выводы. Вы знаете что-то вроде: «Я проанализировал 30 моделей, подобных этой, которую я делаю сейчас. Все было в порядке, и самый низкий результат, который я получил от LBA, был 3,2. На этот раз я получил результат LBA 3,6… что означает, что есть действительно хороший шанс, что моя структура в порядке». Конечно, вы можете провести всевозможный статистический анализ результатов или даже попытаться увидеть, какие параметры ваших моделей увеличивают/уменьшают результаты LBA.
• После некоторого серьезного времени (и работы) вы можете сделать выводы исключительно из LBA. Не потому, что LBA так здорово оценивает мощность из-за стабильности, а потому, что вы проделали МНОГО работы!
• Каждый раз, когда кто-то говорит вам о «волшебном пределе LBA», спрашивайте его, проводил ли он подобное исследование, которое я только что описал, и какие модели он использовал для исследования. Вы быстро поймете, что в большинстве случаев люди просто «догадываются» или делают что-то так, как делали всегда (хотя и не знают почему!).

Как видите, использовать LBA для быстрой оценки возможностей моделей вполне реально. Но есть веская причина, по которой ни один из известных мне кодов не позволяет использовать LBA напрямую как «емкость». Это просто не работает.

Я хотел бы сказать вам: «Ага! это так просто. Просто возьмите результат LBA, и все в порядке». К сожалению, самое прекрасное в технике то, что она намного сложнее. И на самом деле опасно для вас и ваших проектов делать такие ярлыки, не понимая, как все работает!

Нелинейный анализ потери устойчивости — старший брат LBA!

Конечно, есть решение. Ведь это 21 век!

Но я начну с того, когда его не использовать, хорошо?

Если вам не нужен нелинейный подход:

Балочные модели! Да, как я уже говорил, все, что «пропущено» LBA, «спрятано» в управляемых кодом процедурах проектирования. Поскольку вы будете использовать коды при проектировании балок, я предполагаю, что вы можете не проводить нелинейный анализ, который я опишу позже. Все явления уже учтены проектным кодом.

Хорошо, может быть, не все из них… просто прочитайте код и убедитесь, что вы соблюдаете все предположения. Если это так, вы настроены!

Пластинчатые/оболочечные конструкции, для которых потеря устойчивости не является проблемой! Знаешь, не все пристегивается (знаю, это может стать сюрпризом!). Но поскольку это тема о деформации, я думаю, ваша структура все равно должна быть проверена. Кроме того, нелинейный анализ полезен, даже если конструкция не изгибается, поскольку он имеет дело с раздражающими концентрациями напряжений! Ага, больше не нужно гадать, сколько стресса «допустимо» помимо доходности, и больше никаких радикально-безопасных оценок! Нелинейный МКЭ полезен при проектировании!

Итак, давайте зададимся вопросом, как работает нелинейный анализ потери устойчивости. Это на самом деле очень просто! Давайте посмотрим, что сделает решатель:

• Шаг 1: Разделите нагрузку! При настройке анализа вы определяете, как разделить нагрузку на небольшие фрагменты, называемые «приращениями». Это важная часть, небольшие приращения помогают сходимости, но требуют больше времени для вычислений.
• Шаг 2: Нагружайте по очереди! Здесь происходит волшебство. Решатель применяет приращения нагрузки к вашей модели шаг за шагом. Он видит «в режиме реального времени», как ведет себя модель. Это, в свою очередь, означает, что он будет учитывать «эффекты второго порядка» (и, как мы обсуждали, LBA не может сделать это за вас). Кроме того, если где-то по пути материал уступает, решатель «знает об этом» и может учитывать это по пути!
• Шаг 3: Показать результаты! Исходы довольно забавные. Это не один вид вашей модели, а скорее слайд-шоу, где показаны результаты для каждого приращения нагрузки. Это означает, что вы можете создать потрясающую анимацию результатов, как показано ниже!

Чего вы не видите на анимации, так это того, что к модели были применены некоторые недостатки. Я автоматически изменил его геометрию на определенную «форму несовершенства» с «амплитудой несовершенства», взятой из кода проекта.

Обратите внимание, как меняется отклик модели. Во-первых, он более-менее равномерно деформируется по окружности. Затем он выбирает одну «ямочку» и сильно разрастается. После этого также вырастает близлежащая ямочка (то есть фактически после неудачи). Это чисто нелинейное решение, так как линейное решение будет все время показывать одну и ту же деформацию, только в масштабе со все большим и большим числом (оно не может изменить характер!).

И, наконец, обратите внимание, что в какой-то момент напряжения перестают расти, достигая 138,2 МПа. Это потому, что если поддается (при высоких температурах, но это не имеет значения). Модель устроена таким образом, что при определенном напряжении (138,2 МПа) уже нельзя выдерживать напряжения, и начинаются пластические деформации.

Все 3 эффекта, которые я только что описал, решают 3 проблемы, которые у нас были с LBA!

Преимущества нелинейной потери устойчивости:

• Анализ нелинейный! Это означает, что он может учитывать «эффекты второго порядка»!
• Несовершенства будут работать по назначению! Поскольку учитываются «эффекты второго порядка», несовершенство реализации действительно может ощущаться. Они будут работать по назначению, увеличивая деформации модели при последующих итерациях нагрузки!
• Можно добавить нелинейный материал!  Если потеря устойчивости произойдет, когда часть модели будет поддаваться (как в примере выше), вы можете легко добавить нелинейные свойства материала, чтобы учесть это!

Вот почему нелинейный МКЭ пользуется большим спросом. Вы можете просто точно спроектировать вещи, без догадок и чрезмерно консервативных предположений!

Конечно, в этой теме можно еще многое обсудить, здесь я хотел показать вам, как работает нелинейный анализ, и в чем разница между линейным и нелинейным подходом к потере устойчивости. Если мне удалось заинтересовать вас этой темой, вы можете больше узнать о нелинейном МКЭ в этом посте!

Анализ стабильности: моделирование и граничные условия

Если вы начинаете задумываться, закончится ли это когда-нибудь… это последняя часть, так что ободритесь!

Итак, вы узнали о линейном и нелинейном подходах к анализу потери устойчивости. В некотором смысле, это все, чему я хотел научить вас здесь. Но справедливо будет указать на некоторые потенциальные огрехи в анализе, и на что нужно обратить особое внимание!

Помните, я говорил вам, что ваше моделирование будет зависеть от типа анализа, который вы хотите проверить? Начнем с этого!

Проблемы с моделями балок в анализе потери устойчивости!

Независимо от того, хотите ли вы проверить устойчивость с помощью линейного или нелинейного подхода, существуют некоторые общие проблемы с моделями балок (стержней)! Вот краткий список:

• Боковая деформация при кручении! Это будет работать в лучевых моделях, только если у вас реализована 7-я степень свободы (DoF). Это начинает быть «фишкой» в некоторых программах для гражданского строительства, ориентированных на использование балок. Обычно вы можете делать LBA только с таким программным обеспечением (без возможности нелинейного коробления). Хотя все ограничения LBA остаются в силе, с реализованной 7-й степенью свободы вы можете, по крайней мере, получить критический множитель для отказа от бокового кручения. Обычно программное обеспечение покажет вам сообщение «нет сжатия», если вы попытаетесь выполнить проверку LBA на просто изогнутой балке!
• Нет местной устойчивости! Даже если у вас тонкая балка с очень тонкой стенкой, вы не получите проверку локальной устойчивости с моделью стержня. Решатель видит каждое поперечное сечение как точку с присоединенными к ней параметрами. В такой системе невозможно «застегнуть паутину». Для проверки местной устойчивости вам понадобится модель пластины, в которой стенки и полки ваших поперечных сечений моделируются пластинами!
• Отсутствие устойчивости из-за сдвига! То же самое и в балках. Поскольку, скорее всего, полотно будет «ударено», а у вас нет его отдельно в вашей модели, анализ потери устойчивости не увидит в этом реальной возможности и просто проигнорирует это. Это особенно важно при дальнем свете с относительно тонкими стенками!
• Отсутствие устойчивости оболочки! Хорошо, это отчасти издевательство, но я действительно видел, как кто-то пытался решить модель дымохода в виде балочной модели в FEA… к сожалению, это не так. Если ваше поперечное сечение относится к классу 4 (а все дымоходы относятся к классу!) вам придется использовать модель пластины/оболочки, чтобы правильно проанализировать устойчивость!
• ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ НЕТ! Это худшая часть! Если у вас есть балка, которая разрушится из-за сдвига, или дымовая труба, которая разрушится из-за нестабильности оболочки… Анализ потери устойчивости модели балки не покажет вам никаких предупреждений! Это будет просто «слепое» игнорирование проблемы… потому что на самом деле она ее не видит! Это может быть довольно разрушительным для конструкции (даже если вы хотите просто проверить балку на боковое изгибание при кручении!), поэтому будьте осторожны. Именно поэтому я перечислил все проблемы со стабильностью и так далее. Просто чтобы вы знали, что вам следует искать!

Как вы можете видеть выше, если вам нужно спроектировать очень важную деталь, и вы не уверены, какие у нее могут быть проблемы со стабильностью… лучше использовать модель пластины. К сожалению, балочная модель может упустить из анализа некоторые очень важные вещи!

И, наконец, в самом конце… стабильность очень чувствительна к изменению граничных условий!

Обычно нам все равно, заблокирована опора от кручения под нашей колонной или нет. Или шарнир в обе стороны или только в одну? Или даже если наша оболочка поддерживается штифтовым способом, или она может скользить в ту или иную сторону.

Практический опыт показывает, что такие решения никак не влияют на анализ нормального напряжения. Но стабильность заботится о тех! Просто убедитесь, что вы используете разумные граничные условия в своем анализе. Я знаю, я знаю, вы всегда должны обращать внимание на тех. Но в стабильности точность анализа в граничных условиях еще важнее!

Это очень большая и важная тема. Вы можете прочитать все, что вам нужно знать о граничных условиях, здесь!

Резюме!

Ух ты… ты еще здесь? Пишу этот пост уже третий день, а хочется написать книгу, а не блог! Спасибо, что прочитали все это. Я очень надеюсь, что это было полезно. Обязательно дайте мне знать, что вы думаете об этом ниже!

Поскольку мы рассмотрели так много, давайте попробуем немного подытожить!

• Стабильность (или Изгиб, если хотите) — довольно сложное явление. Существует много причин, по которым модель может выйти из строя из-за устойчивости, и не все из них можно проанализировать в балочных моделях (даже если у вас есть балочная конструкция!).
• Линейная потеря устойчивости является наиболее распространенным методом анализа устойчивости. Хотя он поможет вам рассчитать гибкость ваших балок, его использование в качестве средства расчета грузоподъемности ограничено. В лучшем случае вы можете использовать его вместе с другими методами проектирования и делать выводы на большом наборе очень похожих моделей, основанных на LBA. Довольно трудоемкая вещь, но выполнимая точно!
• Линейная деформация пропускает вещи! Не увидит «эффектов второго порядка», что означает, что деформации балок при сжатиях не увеличатся при расчете. Это также означает, что он не будет отображать правильную работу несовершенств вашей модели. Не говоря уже о том, что он не может видеть текучесть материала и его влияние на результаты анализа потери устойчивости. К сожалению, иногда эти эффекты могут быть очень важными, особенно в конструкциях из пластин и оболочек.
• Нелинейная деформация спешит на помощь! К счастью, вы можете провести нелинейный анализ. Поскольку он делит нагрузки на небольшие шаги, он фактически может учитывать все то, чего не хватает линейному изгибу. Суперинструмент для экспертов, желающих максимально точно смоделировать реальность (и для отличной оптимизации структур!).
• Анализ потери устойчивости требует правильных граничных условий! Очень важно иметь правильные граничные условия в ваших моделях, когда вы хотите проанализировать стабильность. Всегда имейте это в виду!

И… все!

Дайте мне знать, что вы думаете в комментариях ниже, и если вам понравился пост, обязательно поделитесь им с друзьями!

Проектирование структурных компонентов? Не забывайте о склейке.

Большинство инженеров и проектировщиков понимают
о понимании отказа от растягивающих или изгибающих нагрузок. Однако коробление есть
форма структурной нестабильности и
в конечном итоге отказ — вызванный сжатием
силы. Обычный анализ стресса не дает никакой информации о
выпучивание как вид отказа. В этой статье будет описано, как происходит изгиб
рассчитано, когда его следует рассматривать как режим отказа и указывать на
ресурсы, которые помогут вам при выполнении анализа потери устойчивости.

Вот несколько типов деформации.

• Изгиб колонны (Будет
  подробно обсуждается ниже)
• Защелка через изгиб (будет
• Потеря устойчивости при изгибе и кручении
• Потеря устойчивости при поперечном кручении

Хотя существует несколько различных типов
отказ с выпучиванием в своей основе, общий выпучивание — это отказ, характеризующийся
внезапным изменением геометрии конструкции в ответ на сжатие
нагрузка. Если колонна нагружена в осевом направлении вниз, то быстрая деформация колонны
влево или вправо из-за коробления.

Сработал механизм потери устойчивости колонны
тем фактом, что загрузка чего-либо точно соответствует его геометрическому центру
является невозможностью. Ничто никогда не бывает идеально прямым, ничто никогда не бывает идеально
загружены, и ни одна атомная структура никогда не устроена без изъянов. Наш мир просто
не работает идеально, но это
все в порядке, если это поведение понято и проверено на предмет безопасности.

Вот несколько правил, позволяющих определить,
необходимо учитывать коробление:

1. Присутствуют ли сжимающие силы?
   Если нет, забудьте об этом — растяжение
   силы не приводят к изгибу.
2. Является ли компонент длинным или
   он содержит тонкие черты? Колонна с малым поперечным сечением представляет собой
   пример этого.

Для № 1 сжимающие усилия также могут привести к поломке из-за раздавливания. Это не то же самое, что провал изгиба. При изгибе разрушение обычно происходит до достижения предела текучести, что делает его основным видом разрушения в этих случаях.

Математика потери устойчивости

На изображении ниже представлен математический вывод, который, мы надеемся, даст некоторое представление о механике потери устойчивости. Математика начинается с предположения, что, как бы хорошо ни был изготовлен элемент конструкции, он никогда не может быть изготовлен полностью прямым.

В результате сжимающая нагрузка никогда не бывает идеально совмещена с прямой осью, а это означает, что любая осевая нагрузка создает момент в элементе конструкции, который вызывает его изгиб, что увеличивает смещение нагрузки и центра балки приводит к увеличению момента балки. По сути, это обратная связь.

Когда впервые появились математические расчеты потери устойчивости
исследовал Леонард Эйлер, он не понимал, как вычислить
жесткость балки, но он понял, что это постоянная величина, и поэтому использовал
переменная C, чтобы представить жесткость поперечного сечения балки.
на изображении ниже показано уравнение, которое он придумал, а также столбец к
правильно, как он предполагал, представляет любой столбец.

Эйлер предположил, что балка имеет бесконечно малую деформацию в середине и что ее деформация имеет форму синусоиды, чтобы упростить математику. Ниже приведено изображение разбивки этой математики.

Выполнив приведенные выше уравнения, уравнение
1 из общей теории луча. Он говорит, что момент в любой точке связан с
2 ^nd производная функции смещения, умноженная на
жесткость балки, в данном случае C, и действует в направлении, противоположном
смещение.

Уравнение 2, w(x), представляет функцию смещения. Эйлер принял форму полусинусоиды с максимальной амплитудой бесконечно малого смещения, ẟ. Оттуда он вычислил первую производную и вторую производную функции смещения, уравнения 3 и 4 выше.

Изображение справа представляет собой диаграмму свободного тела, которую Эйлер использовал для подстановки значений в уравнение 1 вместе с уравнением 4. Вычислив значение для M и подставив вторую производную функции смещения, Эйлер остался с уравнение 5. Синусоидальные функции в обеих частях уравнения сокращаются, как и ẟ, оставляя Эйлера с уравнением 6, также известным как расчет критической нагрузки потери устойчивости.

Это чистая сжимающая нагрузка, которую элемент может выдержать до того, как он прогнется. Следует отметить, что n было целым числом, которое было удалено, потому что проверка значений с синусоидальными функциями более высокого порядка привела бы к форме смещения с большим количеством «волн». Ясно, что n = 1 создает наименьшую критическую нагрузку потери устойчивости и, как результат, является наихудшим сценарием, поэтому n можно полностью исключить из уравнения.

Следует также отметить, что спустя десятилетия после работы Эйлера было обнаружено, что константа C вычислялась как E*I , где E — модуль упругости материала, а I — момент инерции поперечного сечения. Эйлер не открыл эту часть, потому что его сильной стороной была математика, а те, кто экспериментировал, чтобы изучить это, были учеными.

Определение того, является ли коробление определяющим режимом отказа

После объяснения математики потери устойчивости важно понять, когда оно является типом отказа. Как уже упоминалось, коробление происходит только при сжимающих нагрузках, потому что растягивающие нагрузки «сглаживают» синусоиду. Вместо этого сжимающие нагрузки усугубляют проблему. Если существуют высокие сжимающие усилия, система может выйти из строя либо из-за коробления, либо из-за раздавливания, поэтому определение того, какой вид отказа имеет решающее значение, имеет решающее значение для инженеров.

Если P/A > σ, то перед изгибом произойдет дробление. В этом случае:

• P = приложенная сжимающая нагрузка (здесь можно указать критическую нагрузку при продольном изгибе, если фактические приложенные нагрузки неизвестны. Это подскажет, что будет иметь значение, если критическая нагрузка при продольном изгибе/площадь поперечного сечения превышают предел текучести нагрузка, разрушение материала будет определять конструкцию.)
• A = площадь поперечного сечения колонны
• σ = предельное сжимающее напряжение материала или предел текучести в зависимости от того, является ли материал хрупким или пластичным.

Как правило, коробление можно предотвратить, используя материал большего поперечного сечения или более жесткий. Что бы ни было сделано для увеличения жесткости поперечного сечения, E*I поможет. Кроме того, при расчете критической нагрузки видно, что нагрузка при продольном изгибе обратно пропорциональна квадрату длины конструктивного элемента, поэтому при необходимости можно уменьшить длину конструктивного элемента или усилить элемент для увеличения критической потери устойчивости. нагрузка.

Инструменты для определения потери устойчивости

Существует множество инструментов для
расчет критической нагрузки потери устойчивости, включая электронные таблицы, таблицы и МКЭ
программного обеспечения. Каждый из них имеет свои достоинства и преимущества:

Электронные таблицы просты; просто подключите данные и вперед. Их может быть сложно построить, или их можно купить за символическую цену. Однако они обычно не настраиваются, поэтому, если ваш проект немного отличается, вам не повезло.

Столы дешевы и просты в использовании. Наиболее распространенные из них предусматривают определение различных эффективных длин, которые изменяют расчет критической нагрузки. Одним из таких источников является Руководство по стальным конструкциям , которое используют многие инженеры-строители, а также инженеры-механики, работающие с деталями большего размера. Обсуждение эффективных длин будет представлено далее в этой статье.

Наконец, программное обеспечение , такое как SOLIDWORKS Simulation Professional , можно использовать для запуска исследования потери устойчивости для расчета критической нагрузки. Это может быть особенно полезно, когда используемая геометрия представляет собой геометрию системы, действующей больше как более крупная система в сложном действии, или если она имеет нерегулярные вырезы, которые изменяют жесткость по длине балки. Это то, что расчет Эйлера специально не учитывал, поскольку он предполагает, что момент инерции постоянен по длине балки без изменения поперечного сечения. Если поперечное сечение действительно изменяется, для эффективного и точного решения требуется численный подход.

Пользователь может создавать электронные таблицы.
Таблицы можно найти в таких источниках, как Руководство по стальным конструкциям , и
как уже упоминалось, программное обеспечение для анализа методом конечных элементов, такое как SOLIDWORKS Simulation .
Можно использовать Professional .

Обучение использованию Simulation для анализа потери устойчивости

Для пользователей SOLIDWORKS Simulation Professional ,
есть учебник, встроенный прямо в. Откройте SOLIDWORKS, убедитесь, что симуляция
надстройка инструмента включена, затем перейдите к Help > Tutorials > Simulation
Учебники > Simulation Professionals , а затем найдите учебник по продольному изгибу.
в разделе учебных пособий по частоте и потере устойчивости.

Это руководство проведет вас через
основы любого анализа потери устойчивости:

1. Определение деталей – Материалы и тип сетки . Цель этого шага — сообщить программе свойства и способ получения жесткости.

2. Нагрузки . Это определяет, что конструкция пытается выдержать.

3. Светильники . Это сообщает программному обеспечению, как конструктивная система удерживается от перемещения.

4. Создание сетки . Это описывает форму и жесткость конструкции. Этот шаг относится к точности анализа. Если на этом шаге сетка слишком грубая, результаты модели будут завышать размер критической нагрузки потери устойчивости, что в данном случае является отрицательной чертой.

5. Запустите . Принимает все входные данные и решает их.

6. Обработка результатов, также известная как постобработка. Каждое программное обеспечение немного отличается, но, например, в SOLIDWORKS Simulation предоставленный результат называется коэффициентом потери устойчивости. По сути, он говорит вам, насколько вы должны масштабировать нагрузки, чтобы вызвать коробление.

При рассмотрении результатов коэффициенты продольной нагрузки являются фактором безопасности при критической нагрузке. Коэффициент потери устойчивости, равный 3, означает, что приложенная нагрузка должна быть увеличена в 3 раза, чтобы произошла потеря устойчивости. Также возможно иметь отрицательные коэффициенты потери устойчивости. Это означает, что система находится в напряжении, поэтому направление нагрузки должно быть изменено на противоположное и умножено на эту величину, чтобы увидеть возникновение коробления.

Когда коэффициент потери устойчивости находится в диапазоне от 0 до 1, расчет не работает. В таких случаях это означает, что программное обеспечение прогнозирует отказ от потери устойчивости.

Эффективные длины и граничные условия

Как и при любом анализе, результаты зависят от ваших граничных условий. В таблице ниже показано, насколько важны граничные условия вашей симуляции. Значения из этих таблиц не нужно вводить в вашу симуляцию; поведение уже включено в анализ.

Причина, по которой я включил сюда таблицу, состоит в том, чтобы проиллюстрировать, что если вы неправильно управляете своими граничными условиями, настроив свой анализ с полностью фиксированным условием, когда на самом деле истинное поведение фиксировано с вращением, можно отклониться на коэффициент 4! Это небезопасно, поэтому убедитесь, что ваши граничные условия верны в моделировании, иначе используйте наихудший сценарий, показанный ниже.

Приведенная ниже таблица взята из Руководства по стальным конструкциям и используется для изменения ручных расчетов для различных условий торцевого монтажа, изменения длины при расчете критической нагрузки потери устойчивости. Причина в том, что когда Эйлер выполнял свою работу, он предполагал, что оба конца связаны, поэтому его функция деформации, представляющая половину синусоиды, была правильной.

Однако другие конечные условия изменяют это
поведение. Закрепление обоих концов «укорачивает» синусоидальную функцию, как показано на рис.
таблице ниже, поэтому эффективная длина столбца становится вдвое меньше нормальной.
длина в уравнении критической нагрузки потери устойчивости.

Для других конечных условий, таких как (e) и (f) ниже, они представляют только четверть синусоиды, поэтому они удваивают эффективную длину при расчете критической нагрузки на изгиб. В таблице показаны цифры и для других состояний.

Snap-Through Buckling

К этому моменту мы говорили о продольном изгибе колонны и методах линейного моделирования, которые можно использовать для определения этого поведения. Однако существует и более сложная форма потери устойчивости, называемая сквозной потерей устойчивости. Наиболее распространенным примером этого является кепка Snapple. Взяв эту кепку и нажав на ней «кнопку», она переходит от выпячивания наружу к вам в выпячивание от вас. В этой системе есть «переключатель», и как только его переводят в нейтральное или плоское положение, просто еще одно небольшое увеличение силы, и он «защелкивается» и становится устойчивым к приложенной нагрузке на растяжение.

Это нелинейное явление, поскольку оно связано со значительным изменением геометрии. Инструменты линейного анализа не могут предсказать такое поведение; это должно быть решено итеративно, что является областью нелинейных решателей.

К счастью, в SOLIDWORKS также есть учебник
встроенный в него для этой цели; подвох в том, что вам нужно SOLIDWORKS Simulation
Премиум для доступа к инструментам нелинейного анализа, необходимым для анализа
это. Вы можете найти это руководство в SOLIDWORKS по адресу 9. 0717 Справка > Учебники >
Вкладка Simulation Tutorials > Simulation Premium > «Snap through/Snap back
Анализ цилиндрического листа».

Это модель, используемая в учебнике. Это тонкий лист с небольшой кривизной. В учебнике используется симметрия для запуска модели ¼, что экономит время вычислений. Он также проведет вас через настройку и запуск этого типа анализа.

Поведение со сквозной привязкой исходит из геометрии, которая изначально представляет собой тонкие листы с кривизной. В зависимости от используемого материала и геометрии защелкивание может не повредить структуру, что можно проиллюстрировать на примере колпачка Snapple. Его можно нажимать неоднократно, однако, если его целью является поддержка нагрузки, и он защелкивается, то это можно считать отказом.

Я знаю гораздо меньше эмпирических правил для такого рода анализа, поэтому он обычно рассчитывается только с использованием таблиц или инструментов FEA, таких как SOLIDWORKS Simulation Premium.

Пара вопросов после пробежки
такого рода анализ:

1. Есть ли материальный отказ
   до такого поведения? Это может зависеть от вашего
   определение неудачи. Однако может случиться так, что выход будет достигнут, или что
   достигается окончательный отказ. Если достигается предел текучести, необходимо провести анализ.
   для повторного запуска с использованием более сложной кривой материала, такой как билинейная модель или
   кривая напряжения-деформации, если предполагалось линейное поведение. Если бы они использовались и
   Напряжение отказа было достигнуто до поведения привязки, затем привязка
   не является определяющим режимом отказа.
2. Какая деформация
   происходит после перехвата и приемлемо ли это для эксплуатации? Если к этому присоединен компонент или если это поведение
   представленный чем-то вроде механического переключателя, будет ли он контактировать с деталью
   это должно быть?

Потеря устойчивости является одним из возможных видов отказа в
система, имеющая сжимающую нагрузку. Это нужно понять и
проверены, чтобы убедиться, что конструкции безопасны. Следуя рекомендациям
изложенное выше, вы можете лучше анализировать свои проекты и быть более уверенными в том, что
они будут работать как положено. Хотя эта статья не может
надеемся охватить все возможные соображения по поводу коробления, он ввел некоторые
основных понятий и, надеюсь, дал вам понимание в качестве основы.

Отказ от ответственности: При проектировании любого конструктивного элемента убедитесь, что вы обладаете соответствующей квалификацией, а также имеете надлежащие полномочия и проводите надлежащие проверки безопасности. Есть множество факторов, которые эта статья не может объяснить.

Узнайте больше из технического описания «Проектирование через анализ: проектирование на основе моделирования ускоряет проектирование на системном уровне и переход к производству».

Об авторе

Брэндон Доннелли (Brandon Donnelly) — специалист по техническому учету в GSC. Он выпускает подкаст для инженеров под названием «Истории для инженеров», который можно найти на Spotify, Apple Podcasts, Stitcher и iHeartRadio. Он всегда доступен для вопросов или бесед о SOLIDWORKS, моделировании, 3D-печати и общетехнических разговорах.