Аналитическое и конечно-элементное моделирование при расчете и проектировании усилений растянутых элементов фиброармированными полимерами на основе высокопрочного волокна с применением клеевых соединений

Предмет исследования. Анализ применимости и эффективности применения моделей различного уровня сложности для расчета и проектирования усиления растягиваемых элементов путем наклеивания на их поверхности полимеров на основе высокопрочных волокон. Цель исследования. Определение необходимого уровня сложности расчетной модели путем сравнения полученных на моделях различной сложности численных результатов в рамках упругого поведения материалов и анализ особенностей упругопластической работы в случае повышенной нагрузки. Материалы и методы. Рассматривается несколько относительно простых вариантов конструкции усиления высокопрочными волокнами с применением четырех конечно-элементных моделей (КЭ-моделей) различной сложности и аналитического подхода. В представленной серии численных экспериментов с применением ПК «ЛИРА» (СКАД) и FEMAP (NASTRAN) использовались двумерные и трехмерные КЭ-модели. Сравнение результатов упругого расчета различных КЭ-моделей с результатами, полученными с помощью аналитических выражений. Результаты расчета представлены в графической и табличной форме. Нелинейный анализ обнаруживает некоторые особенности поведения усиленных элементов при запредельных нагрузках. Результаты. Рассмотрено влияние различных факторов на работу клеевого соединения, применение уравнений и формул для расчета и проектирования. Результаты на основе аналитического подхода хорошо согласуются с результатами расчета методом конечных элементов (МКЭ). Расчеты МКЭ в физически нелинейной постановке обнаруживают некоторые особенности упругопластической работы соединений. Выводы. Все рассмотренные в статье КЭ-модели и приближенный аналитический подход в пределах упругого расчета дают близкие результаты. Наиболее экономичным по затратам усилий и времени на стадии предварительной оценки влияния различных параметров на работу узла в упругой стадии является аналитический подход. Применение МКЭ в упругой стадии целесообразно для уточнения результатов. Упрощенные плоские модели здесь достаточно надежны. Однако за пределами упругости материала усиливаемого элемента проявляются некоторые особенности НДС, не наблюдаемые в упругой стадии его нагружения и требующие особого внимания и уточненного расчета МКЭ.