РАСЧЕТ CLT-ПАНЕЛЕЙ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ ANSYS WORKBENCH

АННОТАЦИЯ

Объектом исследования является CLT-панель (англ. Cross Laminated Timber) – перекрестно-клеёные панели из древесины. Данный строительный материал впервые начал использоваться в 90-х годах прошлого века в США и с тех пор только набирает популярность в западных странах. В последнее время данный строительный материал начал проникать и в Россию, но в отличии от других стран, в российском пространстве отсутствует единая методика расчета ввиду того, что проникать он начал относительно недавно.

ABSTRACT

The object of study is a CLT (Cross Laminated Timber) – cross-glued panels made of wood. This building material was first used in the 90s of the XX century in the United Stated and has been gaining popularity In the Western countries ever since. Recently, this building material has begun to penetrate into Russia, but unlike other countries, these is no unified calculation method in the Russia due to the fact that it began to be used relatively recently.

Ключевые слова: CLT-панель, древесина, слой, расчет, Ansys, модель.

Keywords: CLT, wood, layer, calculation, Ansys, model.

Введение. Целью работы является расчет, выполненный при помощи расчетно-программного комплекса «ANSYS Workbench 2021».

В качестве моделей приняты панели размерами 175х1000х6100 мм и 175х1000х12200 мм. Материал принят – древесина хвойных пород линейная, с модулем упругости E=11200 МПа. В качестве опор используются бруски металлические. Нагрузка передается через деревянный брус [1, с. 25].

Таблица 1.

Технические характеристики панели

Рисунок 1. Расчетная схема первой модели

Первая расчетная модель – однопролетная шарнирно-закрепленная балка, длиной 6100 мм с приложенной равномерно-распределённой нагрузкой, которая составляет 6,9 кН/м [1, с. 25].

Методология исследования.

1. Создание 3D-модели. Выполнены в Revit 2023 и доработаны в “Ansys SpaceClaim”. Панель создавалась отдельными деревянными досками двух размеров, расположенными перпендикулярно друг к другу.

2. При переносе панели в “Ansys SpaceClaim” были внесены доработки, для более корректной модели. Панель была разделена послойно и доскам внутри одного слоя была задана «Совместная работа» для имитации склеивания.

3. Для расчета был создан дополнительный материал, названный «Wood, linear» со следующими характеристиками, соответствующими сосне.

Таблица 2.

Заданные характеристики древесины

4. Следующим шагом будет задание геометрии, для этого необходимо выбрать предварительно сохраненную модель из “Ansys SpaceClaim”. После этого открываем модель и задаем уже созданный материал: для панели и нагрузки «Wood, linear», опоры оставляем по умолчанию стальными.

5. Создание двух Глобальный координатных систем, с направленными волокнам древесины для 1, 3, 5 слоев первая система, для 2 и 4 слоев вторая система. Так волокна древесины будут направлены для каждого из слоев вдоль.

Рисунок 2. Направление слоев

7. Важным шагом будет задание контактов: “Bonded” имитирующих склеивание досок между собой, “Rough” и “Frictionless” задания шарнирно-неподвижной и шарнирно-подвижной опор соответственно. Также необходимо жестко закрепить нижнюю поверхность опор. Генерация сетки конечных элементов, Generate Mesh.

8. Прикладываем равномерно-распределенную нагрузку через брус, создаем нагрузку с помощью “Forse” приложенную на верхнюю поверхность бруса компонентом по оси Z равную – 6,9 кН*6,1 м= 42090 Н.

9. Задаем результаты, которые хотим видеть. В данном случае выбираем прогиб и напряжения.

Результаты и обсуждение.

Рисунок 3. Полученный результат деформации

Рисунок 4. Полученный результат приведенного напряжения

Рисунок 5. Полученный результат напряжений нормального напряжения

Проведем расчет для второй модели. Модель – двухпролетная неразрезная шарнирно-закрепленная балка, длиной 12200 мм. Нагрузка и ход расчета соответствует первом случаю [1, с. 27].

Рисунок 6. Расчетная схема второй модели

Результаты расчета второй модели:

Рисунок 7. Полученный результат деформации

Рисунок 8. Полученный результат приведенного напряжения

Рисунок 9. Полученный результат нормального напряжения

Заключение. В заключении, в расчетно-программном комплексе Ansys была составлена расчетно-аналитическая модель для двух случаев: однопролетная и двухпролётная CLT-панели. Составлена методика расчета с учетом работы линейной древесины и особенностей строения панелей.

Список литературы:

1. Canadian CLT Handbook, 2019 Edition. FPInnovations. 2019. 812 p.
2. The CLT Handbook, Swedish Wood. 2019. 188 p.
3. Wood Handbook. Wood as an Engineering Material. Centennial Edition. 2010. 509 p.