Числове моделювання несучого профнастилу із застосуванням еквівалентної ортотропної пластини

Анотація

Профільовані сталеві листи, завдяки своїй високій ефективності за критеріями “вага – жорсткість” і “вага – міцність”, широко використовуються у сучасному будівництві як несучі елементи покрівель, міжповерхових перекриттів і сендвіч-панелей. Особливості їх конструкції зумовлюють яскраво виражену ортотропну поведінку, що потребує спеціальних підходів до числового моделювання. У той час як традиційні об’ємні скінченно-елементні моделі забезпечують високу точність, вони є надмірно ресурсоємними для практичного проєктування в програмних середовищах ЛІРА-САПР та SCAD Office. Це спричиняє актуальну потребу у спрощених, але водночас достатньо точних еквівалентних моделях. У даній роботі запропоновано числово-аналітичну методику заміни профнастилу еквівалентною ортотропною пластиною, яка відтворює основні характеристики згинальної жорсткості профільованого листа в головних напрямках. Віртуальні експерименти в середовищі ЛІРА-САПР дозволили отримати максимальні прогини профнастилу при навантаженні вздовж та упоперек ребер жорсткості, що слугувало базою для розрахунку еквівалентних модулів пружності, коефіцієнтів Пуассона, модуля зсуву та товщини пластини. Верифікація отриманих результатів підтверджує здатність ортотропної моделі адекватно відтворювати не лише деформаційну поведінку, а й дозволяє проводити оцінку міцності профнастилу при типовому навантаженні. Розроблений підхід дозволяє інженерам використовувати у проєктних розрахунках простіші моделі пластин без втрати точності, що цінно в задачах із великою кількістю елементів. Корисність пропонованої моделі буде особливо відчутною при моделюванні великих площ дахових покриттів та при оптимізаційному проєктуванні, де критичними є швидкість і обчислювальні ресурси. Побудована модель дозволяє ефективно оцінювати допустимі навантаження на профнастил за критеріями граничного прогину та міцності з урахуванням варіантів обпирання та довжини прогонів.