Конечно-элементное исследование прочности фланцевых соединений телекоммуникационной башни (2010 г.)

В лаборатории «Вычислительная механика» (CompMechLab) в 2010 г. по заказу компании Ramboll проведено исследование напряженно-деформированного состояния фланцевого соединения секций трехгранной металлической решетчатой 60-метровой телекоммуникационной башни.

Цель исследования - оценка статической и циклической прочности фланцевого соединения под действием ветровой нагрузки, а также нагрузки от собственного веса и веса оборудования.

В рамках работы построена пространственная КЭ модель фланцевого соединения, учитывающая контактное взаимодействие с возможностью скольжения и "отлипания".

Между шляпками болтов и фланцами также задается условия контактного взаимодействия. В КЭ модели учитываются напряжения в болтах, вызванные предварительным затягом гаек. Сварка моделируется идеальным сопряжением материала сварного шва и свариваемых элементов конструкции.

Материалы фланцев, труб поясов и болтов - упругопластические.

Рассмотрены случаи возникновения сжимающих и растягивающих осевых усилий, вызванных ветровой нагрузкой, действующей в различных направлениях. 

Эквивалентные по Мизесу напряжения в исходной конструкции превышают предельные значения в трубах поясов и сварных швах в случае растягивающих усилий. 

Для устранения зон пластических деформаций в металле труб предложено использовать болты более высокого класса прочности и повысить в них усилия предварительной затяжки. В измененной конструкции не наблюдается зон пластических деформаций под действием растягивающих усилий, вызванных ветровой нагрузкой. По итогам работы представлены рекомендации по изменению проектной документации.