astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-1-35-44ast-146Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONРекомендации для моделирования элементов из стальных тонкостенных профилейRecommendations for modelling elements from thin-walled steel sectionshttps://orcid.org/0000-0002-1796-2615КорсунН. Д.KorsunN. D.

Корсун Наталья Дмитриевна, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры строительных конструкций

Тюмень

Natalya D. Korsun, Cand. Sc. in Engineering, Associate Professor, Associate Professor at the Department of Building Structures

Tyumen

korsunnd@tyuiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6022-1775ПростакишинаД. А.ProstakishinaD. A.

Простакишина Дарья Анатольевна, старший преподаватель кафедры строительных конструкций

Тюмень

Darya A. Prostakishina, Senior Lecturer at the Department of Building Structures

Tyumen

prostakishinada@tyuiu.ruТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation202428032024013544Copyright © Корсун Н.Д., Простакишина Д.А., 20242024Корсун Н.Д., Простакишина Д.А.Korsun N.D., Prostakishina D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/146

Несмотря на очевидное увеличение темпов роста строительства с применением стальных тонкостенных профилей, основной нормативный документ, регламентирующий положения по проектированию и расчету данных конструкций, имеет ряд условностей и указывает на предпочтительность использования результатов экспериментальных исследований при проектировании. Проведение натурных испытаний, как правило, недоступно при рядовом проектировании, поэтому адекватной альтернативой является численное моделирование. Анализ существующей научной литературы позволяет сделать вывод о том, что у исследователей нет единого мнения касаемо основных параметров моделей и алгоритма моделирования в целом, поэтому целью работы является разработка рекомендаций по моделированию тонкостенных элементов. Основываясь на результатах исследования для объекта из спаренного сигма-профиля, работающего в условиях осевой сжимающей силы, были предложены ключевые рекомендации для моделирования, включающие в себя: использование типа конечных элементов, параметры сетки конечных элементов, механизм приложения граничных условий, внешних нагрузок и другие параметры модели. Верификация результатов производилась аналитическими методами расчета тонкостенных профилей. Полученная сходимость результатов говорит о возможности применения данных рекомендаций при проектировании и расчете тонкостенных конструкций. 

Despite the increase in the growth rate of construction with the use of steel thin-walled sections, the building code for the design and calculation of these structures has a number of conventions and indicates the preferred use of the results of experimental studies in the design. Full-scale tests are generally not available during design, so numerical modelling is a correct alternative. The analysis of existing scientific literature shows that there is no consensus among researchers regarding the main parameters of the models and the modelling algorithm in general, so the aim of the paper is to develop recommendations for modelling thin-walled sections. The results of the study for object made from a coupled sigma profile under axial compressive force conditions let us develop key  recommendations for modelling including the use of finite element type, finite element mesh parameters, the mechanism of application of boundary conditions, external loads and other model parameters. The results were verified by analytical methods of thin-walled sections calculation. The obtained convergence of the results indicates the possibility of using these recommendations in the design and calculation of thin-walled structures.

стальной тонкостенный профильмоделирование стальных тонкостенных профилейthin-walled steel sectionmodelling of thin-walled steel sectionsReferencesКосых, П. А. Сравнение несущей способности легких стальных тонкостенных профилей различной конфигурации на основе компьютерного моделирования / П. А. Косых. – Текст : непосредственный // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2015. – № 2 (49). – С. 135–143.Kosih, P. A. (2015). Computer simulation of bearing capacity of light-weight steel slender sections of different configuration. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta [Journal of Construction and Architecture], (2(49)), pp. 135-143. (In Russian).Назмеева, Т. В. Несущая способность сжатых стальных тонкостенных элементов сплошного и перфорированного сечения из холодногнутого С-профиля / Т. В. Назмеева. – DOI 10.5862/MCE.40.5. – Текст : непосредственный // Инженерно-строительный журнал. – 2013. – № 5 (40). – С. 44–51.Nazmeeva, T. V. (2013). Bearing capacity of compressed continuous and perforated thin-walled steel members of C-shaped cold-formed profiles. Magazine of Civil Engineering, (5(40)), pp. 44–51. (In Russian).Имитационное моделирование напряженно-деформированного состояния тонколистового профилированного элемента с двойным гофрированием / А. В. Подзоров, В. В. Зверев, Н. Ю. Тезиков [и др.]. – Текст : непосредственный // Наука и бизнес: пути развития. – 2015. – № 5 (47). – С. 103–105.Podzorov, A. V., Zverev, V. V., Tezikov, N. Yu., Karmanov, I. V., & Zhidkov, K. E. (2015). Modeling of stress-strain state of a thin-sheet profile element with double corrugation. Science and Business: Ways of Development, (5(47)), pp. 103-105. (In Russian).Numerical investigation of CFS beam-columns with and without perforations / V. Zivaljevic, D. Kovacevic, D. Jovanović, D. Ladjinovic. – Текст : непосредственный // Conference: Association of Structural Engineers of Serbia – SYMPOSIUM 2020. – 2021. – P. 394–403.Zivaljevic, V., Kovacevic, D., Jovanović, D., & Ladjinovic, D. (2021). Numerical investigation of CFS beam-columns with and without perforations. Conference: Association of Structural Engineers of Serbia - SYMPOSIUM 2020, pp. 394-403. (In English).Selection of the initial geometrical imperfection in nonlinear FE analysis of cold-formed steel rack columns / J. Bonada, M. Casafont, F. Roure, M. M. Pastor-Artigues. – DOI 10.1016/j.tws.2011.10.003. – Текст : непосредственный // Thin-Walled Structures. – 2011. – Vol. 51. – P. 99–111.Bonada, J., Casafont, M., Roure, F., & Pastor-Artigues, M. M. (2011). Selection of the initial geometrical imperfection in nonlinear FE analysis of cold-formed steel rack columns. Thin-Walled Structures, 51, pp. 99-111. (In English). DOI 10.1016/j.tws.2011.10.003.Computational modelling of geometric imperfections and buckling strength of cold-formed steel / Z. Sadovský, J. Kriváček, V. Ivančo, A. Ďuricová. – DOI 10.1016/j.jcsr.2012.06.005. – Текст : непосредственный // Journal of Constructional Steel Research. – 2012. – Vol. 78, No. 6. – P. 1–7.Sadovský, Z., Kriváček, J., Ivančo, V., & Ďuricová, A. (2012). Computational modelling of geometric imperfections and buckling strength of cold-formed steel. Journal of Constructional Steel Research, 78(6), pp. 1-7. (In English). DOI 10.1016/j.jcsr.2012.06.005.Кузнецов, И. Л. Исследование напряженно-деформированного состояния болтового узла соединения из холодногнутых тонкостенных профилей / И. Л. Кузнецов, М. А. Салахутдинов, Р. Г. Гайнетдинов. – DOI 10.22227/1997-0935.2019.7.831-843. – Текст : непосредственный // Вестник МГСУ. – 2019. – Т. 14, № 7. – С. 831–843.Kuznetsov, I. L., Salakhutdinov, M. A., & Gainetdinov, R. G. (2019). Investigation of the stress-deformation state of a bolt-joint assembly of cold-bent thin-walled profiles. Vestnik MGSU, 14(7), pp. 831-843. (In Russian). DOI 10.22227/1997-0935.2019.7.831-843.Geometric imperfections in CFS structural members: Part I: A review of the basics and some modeling strategies / S. Farzanian, A. Louhghalam, B. Schafer, M. Tootkaboni. – DOI 10.1016/j.tws.2023.110619. – Текст : непосредственный // Thin-Walled Structures. – 2023. – Vol. 186, No. 6. – P. 1–12.Farzanian, S., Louhghalam, A., Schafer, B., & Tootkaboni, M. (2023). Geometric imperfections in CFS structural members: Part I: A review of the basics and some modeling strategies. Thin-Walled Structures, 186(6), pp. 1-12. (In English). DOI 10.1016/j.tws.2023.110619.Geometric imperfections in CFS structural members, Part II: Data-driven modeling and probabilistic validation / S. Farzanian, A. Louhghalam, B. Schafer, M. Tootkaboni. – DOI 10.1016/j.tws.2023.110620. – Текст : непосредственный // Thin-Walled Structures. – 2023. – Vol. 185, No. 6. – P. 1–10.Farzanian, S., Louhghalam, A., Schafer, B., & Tootkaboni, M. (2023). Geometric imperfections in CFS structural members, Part II: Data-driven modeling and probabilistic validation. Thin-Walled Structures, 185(6), pp. 1-10. (In English). DOI 10.1016/j.tws.2023.110620.Guo, Ya. Distortional buckling behavior and design method of cold-formed steel lipped channel with rectangular holes under axial compression / Ya. Guo, X. Yao. – DOI 10.3934/mbe.2021312. – Текст : непосредственный // Mathematical Biosciences and Engineering. – 2021. – Vol. 18, No. 5. – P. 6239–6261.Guo, Y., & Yao, X. (2021). Distortional buckling behavior and design method of cold-formed steel lipped channel with rectangular holes under axial compression. Mathematical Biosciences and Engineering, 18(5), pp. 6239-6261. (In English). DOI 10.3934/mbe.2021312.Gendy, Bassem L. Effect of geometric imperfection on the ultimate moment capacity of cold-formed sigmashape section / Bassem L. Gendy, M. T. Hanna. – DOI 10.1016/j.hbrcj.2015.04.006. – Текст : непосредственный // HBRC Journal. – 2017. – Vol. 13. – P. 163–170.Gendy, Bassem L., & Hanna, M. T. (2017). Effect of geometric imperfection on the ultimate moment capacity of cold-formed sigma-shape section. HBRC Journal, 13, pp.163-170. (In English). DOI 10.1016/j.hbrcj.2015.04.006.Korsun, N. Modeling thin-walled elements with regard to steel hardening / N. Korsun, D. Prostakishina. – DOI 10.1051/e3sconf/202126302044. – Текст : непосредственный // E3S Web of Conferences : 24, Moscow, 22–24 April, 2021. – Moscow, 2021. – Vol. 263.Korsun, N., & Prostakishina, D. (2021). Modeling thin-walled elements with regard to steel hardening. E3S Web of Conferences : 24, Moscow, 22-24 April, 2021, 263, pp. 1-9. (In English). DOI 10.1051/e3sconf/202126302044.Imperfection amplitudes for nonlinear analysis of open thin-walled steel cross-sections used in rack column uprights / M. M. Pastor-Artigues, M. Casafont, J. Bonada, F. Roure – DOI 10.1016/j.tws.2013.10.025. – Текст : непосредственный // Thin-Walled Structures. – 2014. – Vol. 76. – P. 28–41.Pastor-Artigues, M. M., Casafont, M., Bonada, J., & Roure, F. (2014). Imperfection amplitudes for nonlinear analysis of open thin-walled steel cross-sections used in rack column uprights. Thin-Walled Structures, 76, pp. 28-41. (In English). DOI 10.1016/j.tws.2013.10.025.An analytical solution of distortional buckling resistance of cold-formed steel channel-sectionbeams with web openings / N. Yu, B. Kim, W. Yuan [et al.]. – DOI 10.1016/j.tws.2018.11.012. – Текст : непосредственный // Thin-Walled Structures. – 2019. – Vol. 135. – P. 446–452.Yu, N., Kim, B., Yuan, W., Li, L., & Yu, F. (2019). An analytical solution of distortional buckling resistance of coldformed steel channel-section beams with web openings. Thin-Walled Structures, 135, pp. 446-452. (In English). DOI 10.1016/j.tws.2018.11.012.Корсун, Н. Д. Моделирование и учет зон упрочнения стальных тонкостенных профилей в ПК ANSYS / Н. Д. Корсун, Д. А. Простакишина. – DOI 10.31660/2782-232X-2021-4-44-51. – Текст : непосредственный // Архитектура, строительство, транспорт. – 2021. – № 4 (98). – С. 44–51.Korsun, N. D., & Prostakishina, D. A. (2021). Modeling and accounting of strengthening zones of thin-walled steel profiles in ANSYS. Architecture, construction, transport, (4(98)), pp. 44-51. (In Russian). DOI 10.31660/2782-232X2021-4-44-51.Zeinoddini, V. M. Simulation of geometric imperfections in cold-formed steel members using spectral representation approach / V. M. Zeinoddini, B. W. Schafer. – DOI 10.1016/j.tws.2012.07.001. – Текст : непосредственный // Thin-Walled Structures. – 2012. – Vol. 60 (3). – P. 105–117.Zeinoddini, V. M., & Schafer, B. W. (2012). Simulation of geometric imperfections in cold-formed steel members using spectral representation approach. Thin-Walled Structures, 60(3), pp. 105-117. (In English). DOI 10.1016/j.tws.2012.07.001.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.