Асимметричные секции

Асимметричные секции не являются симметричными по вертикальной оси y или горизонтальной оси z или, в некоторых случаях, любая ось. Примерами асимметричных сечений являются углы и Z-образные сечения..

Равнополочный угол и изогнутый Z-образный профиль (зеркально симметричный относительно главной оси)

Балки с асимметричным сечением ведут себя иначе, чем балки с би-симметрией при изгибе.. Даже если балка имеет эквивалентную жесткость по вертикальной оси, она не будет вести себя как RHS и I Shape..

В этом примере я продемонстрирую их поведение на простом случае нагрузки.: вертикальная равномерно распределенная нагрузка.

Анализ

Каркасная модель 1.5 м равный угол под вертикальным УДЛ

Я приложил равномерно распределенную нагрузку 1 кН / м по всей длине этого 1.5 м равный угол.

Если бы я хотел проверить прогиб в середине этой балки, я мог бы довольно легко. Все, что мне нужно, это второй момент площади, и стандартная формула максимального прогиба для свободно опертой балки. Быстрый расчет с использованием SkyCiv Section Builder, и я легко получаю свойства раздела.

Табличные свойства сечения из SkyCiv Section Builder

Из 9821.9 мм в 4-й степени. Профиль - конструкционная сталь с E = 200 ГПа.

Посмотрите, что происходит, когда я рассчитываю это с помощью FEA в SkyCiv Structural 3D..

Смещение равного угла под нагрузкой

Равноугловая секция имеет две компоненты отклонения.! Анализ прогиба балки с простой опорой с использованием би-симметричной секции с использованием предыдущего расчета - это вполне приемлемый подход для быстрой проверки.. Но для асимметричных участков нам нужна другая информация..

Угол α

Обратите внимание, что в свойствах раздела выше, значение α отличное от нуля.

Это означает, что главная ось не параллельна одной из геометрических осей..

Чтобы продемонстрировать влияние вращения оси на расчетные значения жесткости, Я построил график ниже жесткости по горизонтальной и вертикальной оси при повороте системы координат..

Жесткость 25x25x3 EA после поворота системы координат

Обратите внимание на нелинейную кривую, которая формируется при повороте системы координат через 15, 30 и 45 градусы. Эта кривая будет уникальной для раздела.

Так почему это происходит?

Лектор однажды сказал мне, что нагрузки идут на самые жесткие части конструкции.. В таком случае, нагрузка переносится на самую жесткую ось (главная главная ось).

Правильный подход

Чтобы правильно рассчитать результаты прогиба, сначала нужно преобразовать все нагрузки в главные оси., затем расчет прогибов на основе второго момента площади вдоль главных осей. Чтобы доказать, что это действительно правильный подход, я проверил ответ с помощью ручного расчета., и чтобы сделать это немного интереснее, с моделью балки с использованием каркасного элемента и, модель построенная из ракушек. Таким образом, не может быть никаких сомнений в том, что смещения, которые мы видели ранее, действительно правильны..

Вот модель, которую я создал.

Каркасная модель и модель оболочки 1.5 м угол

Смещение в вертикальном направлении

Разница в результатах между двумя моделями очень близка.: в пределах 1% друг друга.

Смещение в горизонтальном направлении.

И они подтверждаются ручными расчетами ниже..

Почему вы хотели бы использовать эти разделы?

Инженеры любят проектировать легкие и эффективные конструкции., однако иногда существуют ограничения по форме конструктивных элементов., обычно из-за дизайнерских решений других. Это ограничение формы могло быть по многим причинам., это может быть потому, что архитектор хочет скрыть элементы конструкции из эстетических соображений, или соблюдать местные законы о планировании. Возможно, существуют ограничения из-за местных производственных мощностей или просто наличия и стоимости сырья.. Затраты на изготовление и покрытие также могут играть значительную роль.. Иногда, мы застряли в том, что у нас есть.

Когда есть выбор, раздел можно выбрать, потому что он имеет определенные преимущества. Возьмем, к примеру, Z-секции, которые обычно используются для поддержки наклонных профилированных стальных листов. Обычно для небольших наклонных крыш, каналы более эффективны, потому что гравитационные нагрузки вызывают только крошечные моменты вокруг слабой оси. Эти моменты увеличиваются при увеличении наклона крыши и при определенном наклоне., Z-секции стали более эффективными.

Чтобы продемонстрировать, я смоделировал секцию с выступом Z как стальную балку длиной 1,5 м.. Надеюсь, увидев смещенную форму, вы поймете, почему она будет иметь преимущество на каналах..

Модель Z-образного сечения с выступом с распределенной нагрузкой 1 кН / м, приложенной через центр сдвига.

Смещение по оси Z противостоит действию сдвига в плоскости кровельного покрытия под действием гравитационных нагрузок..

Модель рамы с выступом Z и модель оболочки (горизонтальное смещение показано на табличках)

Удивительно, смещение по оси Y (вертикальный) на самом деле меньше, чем по горизонтали. Должен признаться, я не ожидал такого поведения, но с современной технологией холодной штамповки есть так много интересных способов оптимизировать секции, чтобы сделать их легче., более эффективным, дешевле в изготовлении, легче монтируется и прост в обращении во время строительства!

губчатый-Z раздел (показано вертикальное смещение)

Асимметричные секции могут быть спроектированы так, чтобы иметь преимущества в некоторых приложениях.. Может быть, вы учтете их в своем следующем дизайне?

Надеюсь, вам понравился этот пост, если у вас есть вопросы или отзывы об асимметричных секциях, или хотели бы видеть больше подобного контента, пожалуйста, оставьте комментарий ниже.