Конечно-элементное исследование 3-D напряженно-деформированного состояния мобильного здания (2007 г.)

Лабораторией «Вычислительная механика» в 2007 г. по заказу ООО «Новые информационные технологии в авиации» выполнено расчетное исследование напряженно-деформированного состояния мобильного здания при различных внешних воздействиях.

Основными достоинствами подобных зданий являются их сборность (возможность собрать и разобрать в любом месте), мобильность (не требуют специальных методов перевозки) и дешевизна изготовления. В качестве основы при изготовлении мобильных зданий используются обычные стальные контейнеры, в которых вырезаются отверстия для окон, дверей и оборудования.

Основными элементами рассмотренного мобильного здания являются:

• верхний этаж с проемами под стеклопакеты и входную дверь;
• нижний этаж с проемом под входную дверь;
• маршевая лестница с площадкой на втором этаже.

Кроме того, к различным частям здания крепится дополнительное оборудование:

• внешний блок кондиционера;
• фильтровентиляционный короб с вентилятором;
• внутренний блок кондиционера в ЛАЗе;
• нагреватели;
• электрические щиты;
• внешнее оборудование, размещенное на площадках на крыше.

 

3-D CAD модели первого и второго этажей мобильного здания

Как область применения, так и место возможного расположения подобных мобильных зданий достаточно широки. В связи с этим расчет проводился для «наихудших» возможных воздействий. Кроме того, важным моментом, который необходимо учесть при проведении расчетных исследований, является возможность расположения одного мобильного здания над другим при хранении и транспортировке.

В работе были выполнены конечно-элементные исследования  напряженно-деформированного состояния мобильного здания при различных вариантах действия нагрузок:

• нормальный режим эксплуатации с минимальными нагрузками при температурах внешней среды 0^оС, -60^оС, +50^оС.
• нормальный режим эксплуатации с максимальными нагрузками при температурах внешней среды 0^оС, -60^оС, +50^оС.
• штабелирование второго этажа при 84.8 т на каждый фитинг;
• штабелирование второго этажа при 12 т на каждый фитинг;
• штабелирование второго этажа при 6 т на каждый фитинг;
• вертикальный подъем второго этажа за верхние фитинги;
• подъем второго этажа с помощью тросов, соединенных над конструкцией с углом 60^о.
• подъем за нижние угловые фитинги.

КЭ оболочечная модель второго этажа

Распределение модуля вектора перемещений при температурах  -60, +50 ^оС 

Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу для случая минимальных нагрузок при температуре 0 ^оС

В результате выполненных расчетных исследований показано, что в режиме нормальной эксплуатации максимальный прогиб крыши второго этажа достигается под действием снеговой нагрузки при температуре внешней среды -60^оС. Областями с повышенными напряжениями в конструкции при данном варианте нагружения являются крыша второго этажа (зона приложения снеговой нагрузки) и основание первого этажа при температуре -60^оС и +50^оС. Причиной этого является сжатие (или расширение для +50 ^оС) металла в стесненных условиях, вызванных жесткими креплениями угловых фитингов к бетонному основанию. Эквивалентные напряжения по Мизесу  при этом не превышают предела текучести материала.

При штабелировании второго этажа мобильного здания случаи 84.4 т и 12 т на каждый фитинг являются критическими. Для последнего случая (6 т на каждый фитинг) предел текучести превышен локально в зоне стыка рамы окна с подоконником. Максимальное суммарное перемещение наблюдается в зоне окна. При подъеме второго этажа во всех случаях максимальные эквивалентные напряжения по Мизесу не превысили 150 МПа, а перекосы оконной рамы – 1.3 мм.