วิธีการวิเคราะห์ความเครียดสำหรับอาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กคืออะไร?

วิธีการวิเคราะห์ความเครียดสำหรับอาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กคืออะไร?

ในฐานะซัพพลายเออร์ของอาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กการทำความเข้าใจวิธีการวิเคราะห์ความเครียดเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองความปลอดภัยความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของโครงสร้างเหล่านี้ อาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของระบบส่งกำลังและระบบการกระจายพลังงานและพวกเขาอยู่ภายใต้การโหลดและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย ในโพสต์บล็อกนี้ฉันจะหารือเกี่ยวกับวิธีการวิเคราะห์ความเครียดทั่วไปที่ใช้สำหรับเสาไฟฟ้าโครงสร้างเหล็ก

1. วิธีการวิเคราะห์

วิธีการวิเคราะห์ขึ้นอยู่กับสมการทางคณิตศาสตร์และทฤษฎีในการคำนวณความเครียดและการเสียรูปในหอพลังงาน วิธีการเหล่านี้ค่อนข้างง่ายและสามารถให้การประเมินพฤติกรรมโครงสร้างอย่างรวดเร็ว

1.1. ทฤษฎีลำแสงที่ง่ายขึ้น

ทฤษฎีลำแสงที่เรียบง่ายถือว่าหอพลังงานเป็นชุดคาน สมาชิกแต่ละคนของหอคอยจะถือว่าเป็นลำแสงตรงและมีการใช้โหลดที่จุดเฉพาะหรือกระจายไปตามความยาวของลำแสง โดยการใช้สมการของสมดุลและความเครียดของวัสดุ - ความสัมพันธ์ความเครียดแรงภายใน (เช่นแรงตามแนวแกนแรงเฉือนและช่วงเวลาการดัดงอ) ในสมาชิกแต่ละคนสามารถคำนวณได้

ตัวอย่างเช่นในหอคอยตาข่ายที่เรียบง่ายสมาชิกแนวตั้งสามารถวิเคราะห์เป็นคอลัมน์ภายใต้การบีบอัดตามแนวแกนและการดัดในขณะที่สมาชิกแนวทแยงสามารถถือว่าเป็นความตึงเครียดหรือสมาชิกบีบอัด ความเครียดสูงสุดในสมาชิกแต่ละคนนั้นสามารถพิจารณาได้โดยใช้สูตร $ \ sigma = \ frac {n} {a} \ pm \ frac {m y} {i} $ โดยที่ $ n $ คือแรงตามแนวแกน $ ฉันอยู่ที่ $

1.2. การวิเคราะห์เฟรม

การวิเคราะห์เฟรมเป็นวิธีการวิเคราะห์ขั้นสูงที่พิจารณาถึงการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสมาชิกที่แตกต่างกันของหอพลังงาน หอคอยถูกสร้างแบบจำลองเป็นโครงสร้างเฟรมสองหรือสามมิติและสมการสมดุลจะถูกเขียนขึ้นสำหรับแต่ละข้อต่อ วิธีเมทริกซ์ความแข็งมักใช้ในการวิเคราะห์เฟรม

เมทริกซ์ความแข็งของสมาชิกแต่ละคนได้รับการจัดตั้งขึ้นเป็นครั้งแรกตามคุณสมบัติทางเรขาคณิตและวัสดุ จากนั้นเมทริกซ์ความแข็งระดับโลกของหอคอยทั้งหมดจะรวมตัวกันโดยพิจารณาการเชื่อมต่อของสมาชิกที่ข้อต่อ โดยการใช้โหลดภายนอกและเงื่อนไขขอบเขตการกระจัดของข้อต่อสามารถแก้ไขได้จากสมการ $ [k] {u} = {f} $ โดยที่ $ [k] $ เป็นเมทริกซ์ความแข็งทั่วโลก, $ {u} $ เป็นเวกเตอร์การกระจัดและ $ {f} $ เมื่อทราบการเคลื่อนที่แล้วแรงภายในและความเครียดในสมาชิกแต่ละคนสามารถคำนวณได้

2. วิธีการเชิงตัวเลข

วิธีการเชิงตัวเลขมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ความเครียดที่ทันสมัยของโครงสร้างพลังงานเหล็กโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปทรงเรขาคณิตของหอคอยที่ซับซ้อนและสภาพการโหลด

2.1. วิธีการ จำกัด องค์ประกอบ (FEM)

วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เป็นหนึ่งในเทคนิคเชิงตัวเลขที่ทรงพลังที่สุดสำหรับการวิเคราะห์ความเครียด ใน FEM หอพลังงานแบ่งออกเป็นองค์ประกอบเล็ก ๆ จำนวนมากเช่น tetrahedral, hexahedral หรือองค์ประกอบเปลือก แต่ละองค์ประกอบมีเมทริกซ์ความแข็งของตัวเองและเมทริกซ์ความแข็งระดับโลกของโครงสร้างทั้งหมดประกอบขึ้น

ข้อได้เปรียบของ FEM คือความสามารถในการจัดการรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนพฤติกรรมของวัสดุที่ไม่ใช่เชิงเส้นและเงื่อนไขการโหลดต่างๆ ตัวอย่างเช่นในหอพลังงานที่มีรูปร่างหรือการเชื่อมต่อที่ผิดปกติ FEM สามารถจำลองการกระจายความเครียดได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ยังสามารถพิจารณาพฤติกรรมที่ไม่เป็นเส้นตรงของวัสดุเหล็กเช่นพลาสติกและการโก่งงอ

กระบวนการของการวิเคราะห์ FEM รวมถึงการประมวลผลล่วงหน้า (การสร้างแบบจำลองโครงสร้างกำหนดประเภทองค์ประกอบและการใช้โหลดและเงื่อนไขขอบเขต) การแก้สมการและการประมวลผลโพสต์ (การแสดงผลลัพธ์เช่นความเครียดและการแจกแจงการกระจัด) มีแพ็คเกจซอฟต์แวร์ FEM เชิงพาณิชย์มากมายเช่น ANSYS, ABAQUS และ SAP2000 ซึ่งสามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์ความเครียดจากหอพลังงาน

2.2. วิธีองค์ประกอบขอบเขต (BEM)

วิธีการองค์ประกอบขอบเขตเป็นวิธีตัวเลขอีกวิธีหนึ่งที่สามารถใช้สำหรับการวิเคราะห์ความเครียด ซึ่งแตกต่างจาก FEM ซึ่งแยกปริมาตรทั้งหมดของโครงสร้าง BEM จะแยกแยะขอบเขตของโครงสร้างเท่านั้น สิ่งนี้จะช่วยลดจำนวนสิ่งที่ไม่รู้จักและค่าใช้จ่ายในการคำนวณโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปัญหาเกี่ยวกับโดเมนที่ไม่มีที่สิ้นสุดหรือไม่สิ้นสุด

ใน BEM สมการอินทิกรัลขอบเขตถูกกำหนดขึ้นอยู่กับการแก้ปัญหาพื้นฐานของสมการการปกครอง โดยการแยกแยะขอบเขตเป็นองค์ประกอบจำนวนหนึ่งสมการอินทิกรัลขอบเขตจะถูกเปลี่ยนเป็นระบบของสมการพีชคณิตเชิงเส้น หลังจากแก้สมการเหล่านี้แล้วความเค้นและการเคลื่อนย้าย ณ จุดใด ๆ ภายในโครงสร้างสามารถคำนวณได้

อย่างไรก็ตาม BEM มีข้อ จำกัด บางประการ เป็นการยากที่จะจัดการกับปัญหาที่ไม่ใช่เชิงเส้นเมื่อเทียบกับ FEM และความแม่นยำของผลลัพธ์อาจได้รับผลกระทบจากทางเลือกของการแก้ปัญหาพื้นฐานและการแยกแยะขอบเขต

3. วิธีการทดลอง

วิธีการทดลองใช้เพื่อตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีการวิเคราะห์และตัวเลขและเพื่อศึกษาพฤติกรรมโลกจริงของโครงสร้างพลังงานเหล็ก

3.1. การทดสอบแบบเต็ม - สเกล

การทดสอบแบบเต็ม - สเกลเกี่ยวข้องกับการสร้างหอจ่ายไฟขนาดจริงและให้กับโหลดต่าง ๆ ในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ วิธีนี้สามารถให้ข้อมูลที่แม่นยำที่สุดเกี่ยวกับพฤติกรรมของหอคอยภายใต้เงื่อนไขการโหลดจริง

ในระหว่างการทดสอบแบบเต็ม - เซ็นเซอร์จะถูกติดตั้งบนหอคอยเพื่อวัดสายพันธุ์การเคลื่อนที่และแรง ข้อมูลที่รวบรวมจากเซ็นเซอร์สามารถใช้ในการวิเคราะห์การกระจายความเครียดความสามารถในการรับน้ำหนักและลักษณะการเสียรูปของหอคอย อย่างไรก็ตามการทดสอบระดับเต็มมีราคาแพงและใช้เวลา - การบริโภคและอาจไม่เป็นไปได้สำหรับเสาไฟฟ้าทุกประเภท

3.2. การทดสอบแบบจำลอง

การทดสอบแบบจำลองเป็นค่าใช้จ่ายมากขึ้น - ทางเลือกที่มีประสิทธิภาพในการทดสอบแบบเต็มสเกล แบบจำลองที่ปรับขนาดลงของหอจ่ายไฟถูกสร้างขึ้นและมีการใช้กฎหมายความคล้ายคลึงกันเพื่อให้แน่ใจว่าพฤติกรรมของแบบจำลองนั้นคล้ายกับหอคอยขนาดเต็ม

จากนั้นโมเดลจะถูกทดสอบภายใต้โหลดที่ปรับขนาดลงและผลลัพธ์จะถูกคาดการณ์ไปยังหอคอยสเกลเต็ม การทดสอบแบบจำลองสามารถใช้เพื่อศึกษาพฤติกรรมพื้นฐานของหอคอยเช่นผลกระทบของรูปแบบการโหลดที่แตกต่างกันและการกำหนดค่าโครงสร้าง

4. ข้อควรพิจารณาในการวิเคราะห์ความเครียด

เมื่อทำการวิเคราะห์ความเครียดสำหรับอาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่าง

4.1. โหลดชุดค่าผสม

เสาไฟฟ้าอยู่ภายใต้การโหลดหลายประเภทรวมถึงโหลดที่ตายแล้ว (น้ำหนักของหอคอยเอง) โหลดสด (เช่นลมน้ำแข็งและโหลดแผ่นดินไหว) และโหลดเป็นครั้งคราว (เช่นโหลดการก่อสร้างและโหลดโดยไม่ตั้งใจ) การรวมกันของโหลดที่แตกต่างกันจะต้องได้รับการพิจารณาตามรหัสและมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้อง

ตัวอย่างเช่นในภูมิภาคที่มีลม - ครอบงำการรวมกันของโหลดที่ตายแล้วและภาระลมมักเป็นกรณีโหลดที่สำคัญ ในพื้นที่แผ่นดินไหว - การรวมกันของภาระที่ตายแล้วโหลดสดและโหลดแผ่นดินไหวจะต้องได้รับการวิเคราะห์

4.2. คุณสมบัติของวัสดุ

คุณสมบัติของวัสดุของเหล็กที่ใช้ในหอพลังงานเช่นความแข็งแรงของผลผลิตความแข็งแรงสูงสุดและโมดูลัสของความยืดหยุ่นมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลการวิเคราะห์ความเครียด คุณสมบัติของวัสดุอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตการควบคุมคุณภาพและสภาพแวดล้อม

มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะใช้คุณสมบัติของวัสดุที่แม่นยำในการวิเคราะห์และเพื่อพิจารณาการย่อยสลายที่อาจเกิดขึ้นของวัสดุเมื่อเวลาผ่านไปเช่นการกัดกร่อนและความเหนื่อยล้า

4.3. ความไม่สมบูรณ์ทางเรขาคณิต

ในทางปฏิบัติเสาไฟฟ้าอาจมีความไม่สมบูรณ์ทางเรขาคณิตเช่นเริ่มต้น - ความตรงของสมาชิกและการเยื้องศูนย์ที่ข้อต่อ ความไม่สมบูรณ์เหล่านี้สามารถส่งผลกระทบต่อการกระจายความเครียดและความเสถียรของหอคอย

วิธีการวิเคราะห์และตัวเลขบางอย่างสามารถอธิบายถึงความไม่สมบูรณ์ทางเรขาคณิตโดยการแนะนำการกระจัดเริ่มต้นหรือโหลดที่เทียบเท่าในการวิเคราะห์

5. ผลิตภัณฑ์และลิงก์ที่เกี่ยวข้องของเรา

ในฐานะซัพพลายเออร์ของอาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กเรายังนำเสนอผลิตภัณฑ์โครงสร้างเหล็กที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ เช่นโครงสร้างคลังสินค้าโครงสร้างเหล็ก-อาคารสื่อสารโครงสร้างเหล็ก, และโครงสร้างเหล็กสะพานมัด- ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบและผลิตด้วยวัสดุที่มีคุณภาพสูงและเทคโนโลยีขั้นสูงเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของพวกเขา

6. ติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อ

หากคุณมีความสนใจในอาคารพลังงานโครงสร้างเหล็กหรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องเรายินดีต้อนรับคุณติดต่อเราสำหรับการอภิปรายการจัดซื้อจัดจ้าง ทีมงานมืออาชีพของเราสามารถให้ข้อมูลผลิตภัณฑ์โดยละเอียดการสนับสนุนทางเทคนิคและการกำหนดราคาที่แข่งขันได้ เรามุ่งมั่นที่จะปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะของคุณและจัดหาโซลูชั่นที่ดีที่สุดสำหรับโครงการของคุณ

การอ้างอิง

• asce. (2010) โหลดการออกแบบขั้นต่ำสำหรับอาคารและโครงสร้างอื่น ๆ สมาคมวิศวกรโยธาแห่งอเมริกา
• AISC (2016) ข้อมูลจำเพาะสำหรับอาคารเหล็กโครงสร้าง สถาบันการก่อสร้างเหล็กของอเมริกา
• Zienkiewicz, OC, & Taylor, RL (2005) วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์: เล่มที่ 1: พื้นฐาน Butterworth - Heinemann