Steel cantilever beam optimization with ANSYS software

• Autorzy: Jaskot Anna

Identyfikatory

DOI

10.17512/znb.2021.1.11

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja stalowej belki wspornikowej z użyciem oprogramowania ANSYS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of analysing complex steel structures in relation to analytical and numerical tests of a single structure element has been presented. The aim was t o demonstrate the compliance of the chosen methods for determining the strength parameters of a cantilever beam and to select the best cross-section for the optimization of the structure. The beam deflection and the value of the maximum reduced stresses (according to Huber von Mises’ hypothesis) have been determined numerically and analytically. Numerical analysis, on the basis of the finite element method, as well as the optimization, have been performed in the ANSYS environment. Based on the static analysis of the structure, optimization of the beam mass has been made by changing its cross-section dimensions, taking into account the specific optimization criteria, pointed in the work. As a result of optimization, solutions satisfying the required criteria have been selected. The weight of the structure has been reduced by half compared to the initial values of the designed structure. The permissible stresses have not been exceeded.

PL

Przedstawiono problem analizy złożonych konstrukcji stalowych w odniesieniu do badań analitycznych i numerycznych pojedynczego elementu konstrukcji. Celem było wykazanie zgodności obranych metod wyznaczania parametrów wytrzymałościowych belki wspornikowej oraz dobranie najlepszego przekroju poprzecznego w optymalizacji konstrukcji. Analitycznie oraz numerycznie wyznaczono strzałkę ugięcia belki oraz wartość maksymalnych naprężeń zredukowanych (wg Hubera von Misesa). Analizę numeryczną, z użyciem metody elementów skończonych, oraz optymalizację przeprowadzono w środowisku ANSYS. Na podstawie analizy statycznej konstrukcji przeprowadzono optymalizację masy belki poprzez zmianę jej wymiarów przekroju poprzecznego, przy uwzględnieniu wskazanych w pracy kryteriów optymalizacyjnych. W wyniku optymalizacji zostały wybrane rozwiązania spełniające wymagane kryteria. Masa konstrukcji została zmniejszona o połowę w porównaniu do wartości początkowych projektowanej konstrukcji. Dopuszczalne naprężenia nie zostały przekroczone.

Słowa kluczowe

EN

cantilever beam; numerical analysis; ANSYS; cross-section optimization; FEM; Finite Elements Method

PL

belka wspornikowa; analiza numeryczna; ANSYS; optymalizacja przekroju poprzecznego; MES; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo
• Rocznik: 2021
• Tom: Z. 27 (177)
• Strony: 69--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jaskot Anna

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ul. Akademicka 3, 42-201 Czestochowa

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

Bibliografia

• [1] Altunişik A.C., Ateş S., Hüsem M., Lateral buckling failure of steel cantilever roof of a tribune due to snow loads, Engineering Failure Analysis 2017, 72, 67-78.
• [2] Rzymski E., Dohojda M., Projekt budynku wysokiego w konstrukcji trzonowo-szkieletowej, Przegląd Budowlany 2019, 3, 38-48 (in polish).
• [3] Generalova E., Generalov V., Kuznetsova A., Cantilever structure in modern construction, MATEC Web of Conferences 2017, 117, 1-7.
• [4] Górecka A., Bosak G., Static and dynamic analysis of the steel viewing platform, Technical Transactions Civil Engineering 2016, 1-B, 19-26.
• [5] Żółtowski K., Siwowski, T., Recent steel structures in Poland - the selected projects, 13th International Conference on Metal Structures ICMS, 2016, 40-52.
• [6] Alteveb M.S., Jolgaf M., Optimization of cantilever beam for minimum weight using finite element analysis, Proceedings of FLCMCPT September 12-13, 2017, Sidi Al.-Sayeh, Tripoli, Libya, 1-8.
• [7] 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.
• [8] Gryniewicz-Jaworska M., Przegląd wybranych metod ewolucyjnych w optymalizacji wielokryterialnej, Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 2014, 4, 32-34 (in polish).
• [9] 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.
• [10] Gurugubelli S., Kallepalli D., Weight and deflection optimization of cantilever beam using a modified non-dominated sorting genetic algorithm, IOSR Journal of Engineering 2014, 4(3), 19-23.
• [11] Gurung B., Kaur M., Beam cost optimization with differentia approach and simulation on ANSYS tool, International Journal of Advance Research in Science and Engineering 2017, 6(12), 1896-1910.
• [12] 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.
• [13] Naman J., Rakesh S., Effect of self-weight on topological optimization of static loading structures, Alexandria Engineering Journal 2018, 57(2), 527-535.
• [14] 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 (in polish).