Analysis of the use of a hexagonal tubular section in a beam using the finite element method

• Autorzy: Jaskot Anna

Identyfikatory

DOI

10.17512/znb.2023.1.03

Warianty tytułu

PL

Analiza zastosowania przekroju heksagonalnego rurowego w belce z wykorzystaniem metody elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A static and strength analysis of a simply supported steel beam with a special cross-section has been described in this work. The system has been subjected to a static load. On this basis the basic strength parameters of a beam with a hexagonal tubular section compared to a beam with a circular tubular section have been determined. The analysis consisted of assessing the possibility of using the proposed beam with a particular emphasis on the limitation of deflection compared to a beam with a circular tubular cross-section. The analytical calculations of the deflection and results from a program used for numerical calculations by the finite element method have been included. The values of reduced stresses and strains were compared according to the Huber von Mises hypothesis. Based on the results obtained, it was found that the use of a hexagonal cross-section is more effective than the comparison beam due to its smaller deflection. The conclusions also indicate the direction of further research.

PL

Przeprowadzono analizę statyczno-wytrzymałościową stalowej belki swobodnie podpartej o specjalnym przekroju. Poprzez dobór obciążenia statycznego możliwe było zbadanie podstawowych parametrów wytrzymałościowych belki o przekroju rurowym heksagonalnym w porównaniu do belki o przekroju rurowym okrągłym. Analiza polegała na ocenie możliwości stosowania proponowanej belki ze szczególnym wskazaniem ograniczenia ugięcia w porównaniu do belki o przekroju okrągłym rurowym. W pracy zawarto obliczenia analityczne strzałki ugięcia oraz wyniki z programu do obliczeń numerycznych z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Porównano wartości zredukowanych naprężeń i odkształceń wg hipotezy Hubera von Misesa. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że wykorzystanie przekroju heksagonalnego jest bardziej efektywne, ze względu na mniejsze ugięcie, niż w przypadku belki porównawczej. W podsumowaniu wskazano kierunek dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

deflection; hexagonal cross section; simply supported beam; closed tubular profile; FEM

PL

ugięcie belki; przekrój heksagonalny; belka swobodnie podparta; profil rurowy zamknięty; MES

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo
• Rocznik: 2023
• Tom: Z. 29 (179)
• Strony: 20--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jaskot Anna

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ul. Akademicka 3, 42-218 Częstochowa, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5478-0685

Bibliografia

• 1. Jaskot A., Steel cantilever beam optimization with ANSYS software, Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej 2021, 177, Budownictwo 27, 69-75.
• 2. Alteyeb M.S., Jolgaf M., Optimization of cantilever beam for minumum weight using finite element analysis, Proceedings of FLCMCPT, September 12-13, 2017, Sidi Al.-Sayeh, Tripoli, Libya, 1-8.
• 3. Chen W., Zhang Y.-Z., Ma J.-H., Wang B.-X., Chen Y., Wang C., Optimization of processing parameters for beam blank continuous casting using MOGA combined with fem, Reviews on Advanced Materials Science 2013, 33, 337-341.
• 4. Mazur-Chrzanowska B., Chrzanowski R., Modelowanie analityczno-numeryczne parametrów pracy belki wspornikowej jednostronnie utwierdzonej z zastosowaniem programu Mathematica, Problemy Nauk Stosowanych 2015, 3, 43-48.
• 5. Jain N., Saxena R., Effect of self-weight on topological optimization of static loading structures, Alexandria Engineering Journal 2018, 57(2), 527-535.
• 6. Bjork T., Ahola A., Skriko T., On the distortion and warping of cantilever beams with hollow section, Welding in the World 2020, 64, 1269-1278.
• 7. Kuś J., Lateral-torsional buckling steel beams with simultaneously tapered flanges and web, Steel and Composite Structures 2015, 19, 897-916.
• 8. Indu K., Optimization of tapered cantilever beam using genetic algorithm: interfacing MATLAB and ANSYS, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology 2015, 4(10), 10145-10150.
• 9. Abosbaia A.A., Jolgaf M., Shape optimization of a hollow cantilever beam for weight minimization using finite element method, International Science and Technology Journal 2019, 17, 1-16.
• 10. Urbański A., Analysis of a beam cross-section under coupled actions including transversal shear, International Journal of Solids and Structures 2015, 71, 291-307.
• 11. Biagi de V., Chiaia B., Marano G.C., Fiore A., Greco R., Sardone L., Cucuzza R., Cascella G.L., Spinelli M., Lagaros N.D., Series solution of beams with variable cross-section, Procedia Manufacturing 2020, 44, 489-496.
• 12. Gobbi M., Previati G., Ballo F., Mastinu G., Bending of beams of arbitrary cross sections – optimal design by analytical formulae, Structural and Multidisciplinary Optimization 2017, 55, 827-838.
• 13. Hou W., Wang F., Wang L., Test and numerical analysis on damaged steel beam strengthened with prestressed
• CFRP sheet, Advances in Civil Engineering, 2021, 19.
• 14. Cucuzza R., Rosso M.M., Marano G.C., Optimal preliminary design of variable section beams criterion, SN Applied Sciences 2021, 3, 745.
• 15. Dybizbański M.A., Rzeszut K., Szczepańska A., Stress analysis of steel beams made of sigma cross-section, Advances in Science and Technology Research Journal 2022, 16(4), 106-118, DOI: 10.12913/22998624/151535.
• 16. Bajer M., Barnat J., Vild M., Melcher J., Karmazinova M., Pijak J., Different cross-section in lateral-torsional buckling, ce/papers 2017, 1, 4704-4711.
• 17. Khartode R., Nimbalkar D., Pise A., Pote S., Purigosavi S., Morkhade S, Ahiwale D., Raut K., Finite element analysis of hybrid steel welded I section using ANSYS software, Seybold Report 2020, 15, 3138-3146.
• 18. Xu W., Han L-H., Li W., Performance of hexagonal CFST members under axial compression and bending, Journal of Constructional Steel Research 2016, 123, 162-175.
• 19. Liu Y., Thin-walled curved hexagonal beams in crashes – FEA and design, International Journal of Crashworthiness 2010, 15(2), 151-159.
• 20. Mikulski R., Kisiel A., Optymalne kształtowanie ściskanego pręta cienkościennego, Czasopismo Techniczne M 2008, 9-M, 61-68.
• 21. PN-EN 1993-1-1:2006. Eurokod 3. Projektowanie konstrukcji stalowych. Część 1-1: Reguły ogolne i reguły dla budynkow.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).