Possibilities of using the FEM optimization package to improve the structure of self-supporting stairs in a building

• Autorzy: Jurkowski Sławomir , Kulawik Edmund

Warianty tytułu

PL

Możliwości zastosowania pakietu optymalizacyjnego FEM do poprawy konstrukcji samonośnych schodów w budynku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of the analyzes on the influence of the optimization self-supporting staircase geometry on its strength and dynamic properties. The primary goal was to achieve a structure with a lower mass. The Topology Optimization tool from the ANSYS package allowed to the elimination of the finite elements carrying the smallest stresses from the structure. The iterative approach resulted in a systematic reduction of the model mass up to decrease by 40 (%). The reduction in the structure led to a decrease in its strength - the safety factor decreased from 5.95 to 4.92. The influence of the optimization of the structure on its dynamic properties was determined as an additional aim of the study.

PL

Artykuł przedstawia wyniki analiz dotyczące wpływu optymalizacji geometrii klatki schodowej o konstrukcji samonośnej na jej właściwości wytrzymałościowe oraz dynamiczne. Podstawowym celem było uzyskanie konstrukcji o mniejszej masie. Wykorzystanie narzędzia Topology Optimization z pakietu ANSYS pozwoliło na wyeliminowanie z konstrukcji elementów skończonych przenoszących najmniejsze naprężenia. Iteracyjne podejście skutkowało systematyczną redukcją masy modelu aż do założonego jej spadku o 40 (%). Redukcja ta doprowadziła do nieznacznego zmniejszenia wytrzymałości konstrukcji - współczynnik bezpieczeństwa zmniejszył się z poziomu 5,95 do 4,92. Jako dodatkowy cel badania założono ustalenie wpływu przeprowadzenia optymalizacji konstrukcji na jej cechy dynamiczne.

Słowa kluczowe

EN

FEM; optimization; mode shape; resonance; staircase; ANSYS

PL

MES; optymalizacja; postać drgań własnych; rezonans drgań; klatka schodowa; ANSYS

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Akademii Nauk Stosowanych w Nowym Sączu
• Czasopismo: Journal of Engineering, Energy and Informatics
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 1
• Strony: 18--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Jurkowski Sławomir

• State University of Applied Sciences in Nowy Sącz, Institute of Technology, 33-300 Nowy Sącz, Zamenhoffa 1A street

autor

Kulawik Edmund

• State University of Applied Sciences in Nowy Sącz, Institute of Technology, 33-300 Nowy Sącz, Zamenhoffa 1A street

Bibliografia

• ANSYS Advantage Staf. (2014). Violet satellite project. ANSYS Advantage, vol. VII, issue 1. Downloaded from: https://www.ansys.com/-/media/ansys/corporate/resourcelibrary/article/violet-satellite-project-academic-aa-v8i1.pdf?la=en&hash=CE1A9147FCA07A74D30F094097F51C7E160437CB.
• Buhl, T., Pedersen, C., Sigmund, O. (2000). Stiffness design of geometrically nonlinear structures using topology optimization. Struct Multidisc Optim., 19, 93-104.
• Dheeraj, G., Anadi, M. (2012). Topology optimization of continuum structures using optimality criterion approch in ANSYS. International Journal of Advances in Engineering & Technology, 5(1), 470-485.
• Fai, C.J., LaMont, D., Zhanjing, Y., Murat, K., Deb, H. (2002). Finite Element Analyses of Seismic Responses of the Berkeley Town House. Lawrence Berkeley National Laboratory.
• Fiebig, W. (2019). Drgania i hałas w inżynierii maszyn. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN S.A.
• Hypki, M., Karas, S. (2015). Badanie komfortu wibracyjnego schodów stalowych w nowej siedzibie NOSPR w Katowicach. Inżynieria i Budownictwo, 71(1), 371-376.
• Jurkowski, S., Janisz, K. (2020). Analiza wpływu parametrów siatki obliczeniowej na wynik symulacji przepływomierza. Autobusy, 12/2019, 129-134.
• Maji, K. (2012). Static and Transient stress analysis of Human Bone. National Institute of Technology Rourkela.
• Mohammad, Al B.M., Mohammad, H.A.H., Abdul, R.N.M. (2015). Determination of Natural Frequencies through Modal and Harmonic Analysis of Space Frame Race Car Chassis Based on ANSYS. American Journal of Engineering and Applied Sciences, 8(4), 538-548.
• Obrocki, W., Krupa, K., Sieniawski, J. (2014). Metodyka eksperymentalnych badań wytrzymałości zmęczeniowej łopatek sprężarki silnika lotniczego. Mechanik, 87(2), 117-120.
• PN-EN 1990:2004 Eurocode: Basics of structural design.
• Smith, A.L., Hicks, S.J., Devine, P.J. (2009). Design of Floors for Vibration: A New Approach. The Steel Construction Institute.
• Yongchang, Y., Shuaijun, Z., He, L., Xiaofei, W., Yadong, T. (2017). Modal and Harmonic Response Analysis of Key Components of Ditch device Based on ANSYS. Procedia Engineering, 174, 956-964.
• Żółtowski, M., Jędrzejak, M. (2015). Analiza modalna w badaniu budowlanych elementów konstrukcyjnych. Przegląd Budowlany, 3, 49-53.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).