Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

An extended 3D limit analysis of slope stability considering prestressed anchor cables reinforcement

Hong Yong, Shao Zhushan, Wu Kui, Shi Guangbin, Wu Saisai, Jiang Song

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e59, 2023

EN

Prestressed anchor cables have been extensively utilized in slope reinforcement engineering. Combining limit analysis with the strength reduction method (SRM), this article presents a new method to assess the three-dimensional (3D) stability of slopes with prestressed anchor cables. Compared with traditional methods, the factor of safety (FS) calculation method is modified by considering prestressed anchor cable reinforcement by applying a horn-like shape 3D rotational failure mechanism. To validate the proposed method, comparisons between unreinforced slopes and those reinforced with a row of anchor cables are carried out using optimization algorithms and procedures. The minimum width-to-height (B/H) ratio for which the slope can be analyzed using two-dimensional (2D) analysis under different FS calculation accuracies is obtained. To evaluate the consequences of the model parameters, parametric analysis is performed, assessing the FS sensitivity, 3D effects, anchor cable axial force, anchor position, anchor orientation, slope angle, internal friction angle, and cohesion on slope stability. Additionally, slope stabilities under the reinforcement of a row and multiple rows of anchor cables are compared and analyzed. The proposed approach can guide the design and evaluation of slope reinforcement with prestressed anchor cables.

2

Analiza procesów rozdrabniania w maszynowych procesach kruszenia

Ciężkowski Paweł

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2019

|

z. 273

3--208

PL

W ramach pracy podjęto się kompleksowej analizy maszynowych procesów kruszenia skał. W pierwszej części pracy zaprezentowano informacje dotyczące procesów mechanicznego rozdrabniania skał obejmujące przegląd rozwiązań konstrukcji maszyn i procesów technologicznych. Szczegółowo omówiono wpływ płyt kruszących na proces rozdrabniania. Przedstawiono podstawowe informacje o rozdrabnianych materiałach i mechanice procesu rozdrabniania. W pracy zagadnienie rozdrabniania rozpatrywano na drodze analizy teoretycznej oraz szerokiego programu badań doświadczalnych, obejmującego elementarne procesy kruszenia oraz badania maszynowego procesu kruszenia. Nadawą użytą w badaniach były skały powszechnie stosowane na rynku polskim w procesach przeróbki, a mianowicie: piaskowiec „Mucharz", wapień miękki „Pińczów", wapień „Morawica", granit „Strzegom". Badania doświadczalne obejmowały wyznaczenie wytrzymałości na rozrywanie w oparciu o test brazylijski, określenie wytrzymałości na ściskanie oraz wyznaczenie parametrów modelu Coulomba (spójność c i kąt tarcia wewnętrznego p) oraz stałych sprężystych. Przedmiotem pracy było zbadanie wpływu różnego obciążania bloków ciał kruchych (skał) na podstawowe parametry procesu kruszenia (pękania), tzn. na siły graniczne, energię kruszenia i postacie pękania. W tym celu została przeprowadzona analiza doświadczalna zagadnienia ściskania bloków skalnych: stemplami współosiowymi, grupą stempli współosiowych oraz stemplami niewspółosiowymi w różnych konfiguracjach. W procesach tych badano zmiany sił kruszenia i energochłonność procesu w funkcji szeregu parametrów, między innymi wpływ kształtu stempli (płaskie, klinowe, zaokrąglone), szerokości stempli oraz podziałki. Badania pozwoliły na określenie geometrii stempli korzystnych z uwagi na kryterium minimalizacji sił i energii kruszenia. Analizę teoretyczną prowadzono z wykorzystaniem oceny górnej nośności granicznej. W oparciu o zmodyfikowany model Coulomba wyznaczono mechanizmy deformacji i siły kruszenia dla modelowych procesów. Wykazano, że metody nośności granicznej w odniesieniu do skał badanych materiałów wykazują dobrą zgodność z wynikami badań doświadczalnych. W pracy, na podstawie obliczeń teoretycznych, określono optymalne kształty profilu płyty kruszącej (szerokości stempla i podziałki). Jako kryterium projektowe przyjęto minimalizację siły kruszenia stowarzyszonej z globalnym mechanizmem zniszczenia bloku skalnego. Podziałkę określono w oparciu o analizę mechanizmu deformacji. Dla małych podziałek strefy działania stempli nakładają się, co wywołuje pojedynczy mechanizm zniszczenia. Wraz ze wzrostem odległości pomiędzy stemplami następuje skokowa zmiana mechanizmu deformacji, dla której materiał kruszy się samodzielnymi globalnymi mechanizmami pod stemplami przy braku interakcji pomiędzy sąsiednimi stemplami. Podziałkę tę przyjęto jako optymalną. Uzyskane wyniki stanowiły bazę do opracowania nowej koncepcji płyt drobiących zwiększających efektywność procesu kruszenia. W dotychczasowych konstrukcjach profilowanych płyt drobiących przekrój poprzeczny jest stały wzdłuż wysokości komory kruszenia. Ta cecha obniża efektywność kruszenia, gdyż profil płyty powinien być dostosowany do wielkości kruszonych brył i odległości między szczękami. W ramach wykonywanej pracy przeprowadzono kompleksowe badania maszynowego procesu kruszenia dla szeregu materiałów. Badania obejmowały analizę: a) rozkładu obciążenia w komorze kruszarki, b) wpływu kształtu karbu płyt rozdrabniających na efektywność procesu kruszenia, c) efektywności rozdrabniania procesów technologicznych jedno- i dwuetapowych. Badania wykonano dla płyt kruszących o tradycyjnym kształcie (gładkie, karby o zarysie trójkątnym) oraz dla nowych płyt o zmiennej geometrii profilu, określonej w oparciu o analizę teoretyczną. Przeprowadzono również badania dla układów kombinowanych (płyta gładka - płyta o zębach trójkątnych, płyta gładka - płyta o zmiennej podziałce i wysokości zębów, płyta o zmiennej podziałce i wysokości zębów - płyta o stałej podziałce i zębach trójkątnych). Prace doświadczalne obejmowały badania wartości sił kruszenia, pracy kruszenia, rozkładu siły na szczękach, wpływu kształtu szczęk na wielkość i rozkład uziarnienia produktu oraz wydajność procesu. Uzyskane wyniki prac badawczych potwierdzają pozytywną ocenę nowej konstrukcji płyt drobiących. Zmiana podziałki rozstawienia karbów okazała się korzystną modyfikacją (w przypadku obniżenia sił i pracy kruszenia). Płyty o zmiennym profilu poprzecznym oraz płyty pracujące w układzie kombinowanym okazały się konstrukcjami, dla których jednostkowa praca kruszenia osiągnęła niskie wartości. Korzystnym rozwiązaniem konstrukcyjnym było wprowadzenie zmiennego profilu poprzecznego w górnej i środkowej części powierzchni roboczej oraz profilu gładkiego w części dolnej. Badania rozkładu obciążania w komorze kruszarki zrealizowano poprzez podział płyty na dziewięć segmentów z niezależnym układem pomiarowym. Badania doświadczalne ze zmodyfikowaną płytą kruszenia wykazały zmniejszone zużycie energii w procesie kruszenia przez płyty o zmiennej podziałce i wysokości karbu. Było to spowodowane innym rozkładem obciążenia w stosunku do płaskich płyt i płyt z karbami równoległymi. W przypadku płyt o zmiennej podziałce i wysokości karbu najwyższą pracę kruszenia uzyskuje się w środkowych segmentach, zaś w przypadku płyt gładkich i płyt o równoległym karbach w dolnych segmentach. W pracy przedstawiono porównanie procesu jedno- i dwuetapowego. Dla jednoetapowego procesu wartość szczeliny wylotowej wynosiła er = 11 mm, zaś w procesie dwuetapowym szczeliny wylotowe wynoszą e,.= 24 i 11 mm, odpowiednio dla 1 i 2 etapu rozdrabniania. Proces rozdrabniania dwuetapowy daje podobny rozkład uziarnienia w stosunku do procesu jednoetapowego. Wartości średnie sił kruszenia Fmax są silnie związane wielkością szczeliny wylotowej er. Dla szczeliny er = 24 mm siła kruszenia jest 3-7-krotnie mniejsza aniżeli dla szczeliny er = 11 mm w zależności od rodzaju skały. Proces dwuetapowy jest korzystny energetycznie. W analizowanych procesach kruszenia skał uzyskano od 8 do 45% mniejsze zużycia energii. Wydajność procesu dwuetapowego jest wyższa około 30% w stosunku do procesu jednoetapowego. W pracy przedstawiono zastosowanie hipotezy Rittingera i hipotezy Bonda do oszacowania energii w procesach maszynowego kruszenia. Zaproponowano wyznaczenie indeksów Rittingera L0, i Bonda Li, w oparciu o elementarne testy wytrzymałościowe. Zakładając określone uziarnienie produktu, hipoteza Rittingera i Bonda daje zadowalające wyniki oszacowania energii kruszenia.

EN

This work is a comprehensive analysis of machine crushing processes. The first part of the work presents information on mechanical crushing processes of rocks, including an overview of machine construction solutions and technological processes. The influence of crushing plates on the crushing process is discussed in detail. Basic information about crushed materials and mechanics of the crushing process are presented. The problem was considered by theoretical analysis and in a wide experimental research program on elementary crushing processes and machine crushing processes performed on a laboratory jaw crusher. In the research, the feed material comprised several rocks commonly used on the Polish market in processing processes, namely Mucharz sandstone, Pińczów soft limestone, Morawica limestone, and Strzegom granite. The performed experimental tests included determination of tensile strength properties based on the Brazilian test, determination of uniaxial compressive strength and determination of Coulomb model parameters (cohesion c and internal friction angle r) and elastic constants. The aim of the work was to investigate the influence of different loading of blocks of brittle materials (rocks) on the basic parameters of the crushing (cracking) process, i.e., on limit forces, crushing energy and failure patterns. For this purpose, an experimental analysis of rock blocks compression by coaxially arranged stamps, a group of coaxially and non-coaxially arranged stamps, was carried out. In these processes, the changes in crushing forces and energy consumption of the process were investigated as a function of a number of parameters, including the influence of the shape of the stamps (flat, wedge, rounded), width of stamps and pitch distribution. The research allowed to determine the optimal geometry of stamps due to the forces and energy minimization criterion. Theoretical analysis was carried out using the upper limit state analysis. Based on the Modified Mohr-Coulomb model, the mechanisms of deformation and crushing forces were determined for model processes and it was shown that the limit state analysis in relation to brittle rocks showed good agreement with the experimental research results. Basing on the theoretical calculations, optimal shapes of the crushing plate profile were determined (the width of the stamp and pitch distribution). As a design criterion, it was assumed to minimize the crushing force associated with the global mechanism of rock block destruction. The pitch was determined on the basis of analysis of the deformation mechanism. For small pitch, the zones of stamps action overlap, which causes a single mechanism of destruction. When the distance between stamps increases, there is a jump in the deformation mechanism, for which the material crushes with two independent global mechanisms directly under the stamps in the absence of interaction between neighboring stamps. This pitch distribution was adopted as optimal. The results obtained were the basis for the development of the new crushing plate designs that increase the efficiency of the crushing process. In existing designs of profiled crushing plates, the cross-section is constant along the height of the crushing chamber. This feature reduces the efficiency of crushing, because the profile of the plate should be adapted to the size of the crushed blocks and the distance between the jaws. As part of the work, a comprehensive examination of the machine crushing process for a series of materials was carried out. The tests contained analysis of: a) load distribution in the crusher chamber, b) influence of the shape of plate notches on the efficiency of the crushing process, c) one- and two-stage technological processes crushing efficiency. The studies were carried out for crushing plates of traditional shape (flat, triangular notches) and for new plates with variable cross-section profile, determined on the basis of theoretical analysis. Research was also carried out on combined systems (flat plate — plate with triangular notches, flat plate — plate with variable pitch and notches height, plate with variable pitch and notches height — plate with constant pitch and triangular notches). The experimental work included investigations of the value of crushing forces, crushing energy, forces distribution on jaws, influence of jaw shape on size and particle-size distribution of product grain and process efficiency. The obtained research results confirm the positive assessment of the new design of crushing plates. The change in the pitch of the notches turned out to be a favourable modification (in the case of lowering forces and crushing energy). Plates with variable cross-section profile and plates working in a combined system proved to be constructions for which the individual crushing energy achieved low values. An advantageous construction solution was the design of a variable cross-section profile in the upper and middle part of the working surface and a flat profile in the lower part. Studies on load distribution in the crusher chamber were performed by dividing the fixed crushing plate into nine segments with an independent measuring system. Experimental tests showed that the observed reduced energy consumption in the crushing process by plates with variable pitch and notches height is caused by a different load distribution in relation to flat plates and plates with parallel notches. In the case of plates with variable pitch and notches height, the highest crushing energy is achieved in the middle segments, while in the case of flat plates and plates with parallel notches — in the lower segments. This work presents a comparison of the one- and two-stage crushing process. For a one-stage process, the value of the outlet slot was set to er = 11 mm, while in the two-stage process the outlet slot was er = 24 mm and 11 mm respectively for the 1st and 2nd crushing stage. The two-stage crushing process gives a similar particle-size distribution like the one-stage process. The average values of crushing forces Fmax are strongly related to the size of the outlet slot er. For er = 24 mm, the crushing force is 3÷7 times smaller than for the er = 11 mm depending on the type of rock. The two-stage process is energy efficient. In the analysed rock crushing processes, 8 to 45% of the lower energy consumption was obtained. The efficiency of the two-stage process is about 30% higher compared to the one-stage process. The work presents the application of the Rittinger's hypothesis and the Bond's hypothesis for energy estimation in the machine crushing process. It has been proposed to determine the indexes of Rittinger L0 and Bond Li based on elementary strength tests. Assuming a given product size distributi

3

Design with SADSF method and analyses of elastic properties of torsion-loaded structures based on double-tee sections ‎

Markiewicz Ireneusz

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2019

|

Vol. 57 nr 1

115--126

EN

The paper presents results of the preliminary strength design using the method of statically admissible discontinuous stress fields (SADSF) of two new and interesting thin-walled structures based on double-tee sections. Although these constructions are intended to carry torsion moment loads, all their surfaces are accessible from outside. The paper is completed with the selected results of linearly-elastic FEM analyses of the presented solutions. They show surprisingly good strength properties and significantly higher load-carrying capacity comparing to structures designed in an intuitive way. The objectives of the paper, among other things, are as follows: popularization of the SADSF method, presentation of its new solutions and confirmation of practical usefulness in the design of thin-walled structures.

4

Design with SADSF method and analyses of elastic properties of torsion-loaded double-tee section with torsional box

Markiewicz I.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2019

|

Vol. 24, no. 1

79--89

EN

The work presents the results of preliminary strength design of a thin-walled structure based on double-tee section loaded with a torsion moment. One of the solutions to this problem is considered, in which the torsional box is introduced in the central part. Then, one constructs a series of solution variants that differ in the torsional box length. In the design one uses the method of statically admissible discontinuous stress fields (SADSF) assuming the condition of equalized equivalent stress in the limit state. The work is complemented with elastic FEM analyses of one of the solution variants. Using this example, one shows good load-carrying properties of structures designed with the SADSF method, and proves that they could be several times better than the properties of structures designed with traditional or intuitive ways.

5

Strength properties of thin-walled structures designed with the sadsf method

Markiewicz J.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2018

|

no. 4

113--122

EN

This study presents general conclusions resulting from elastic FEM analyses of several dozen of thin-walled structures designed with the use of the application version of the method of statically admissible discontinuous stress fields (SADSF). The conclusions are illustrated with examples of two original structures designed to work under torsional load. The structures are based on I-sections, whose all surfaces are accessible from outside. Despite that fact, torsional rigidity of the structures is very high. Additionally, in these structures, we examined the effects caused by modifications consisting in local stiffening of some elements by applying edge stiffeners on their borders.

PL

Praca przedstawia generalne wnioski z analiz sprężystych MES kilkudziesięciu konstrukcji cienkościennych, które zostały zaprojektowane z wykorzystaniem wersji aplikacyjnej metody statycznie dopuszczalnych nieciągłych pól naprężeń (SADSF). Otrzymane wnioski są prezentowane na przykładzie dwóch oryginalnych konstrukcji, które zostały zaprojektowane na obciążenie momentem skręcającym. Są to konstrukcje oparte na profilu dwuteowym, których wszystkie powierzchnie są z zewnątrz dostępne, a mimo to są bardzo sztywne na zakładany rodzaj obciążenia. Dla konstrukcji tych badano dodatkowo efekty powodowane poprzez wprowadzanie modyfikacji polegających na lokalnym usztywnieniu elementów poprzez odwijanie ich swobodnych krawędzi.

6

Bilevel limit analysis of self-hardening rod systemsunder moving load

Alawdin P., Urbańska K.

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2017

|

Vol. 24, no. 4

225--238

EN

This paper considers results of an analysis of self-hardening systems (SHS), i.e. load-carrying systemswith improved strength and rigidity. The indicated structural features can be only found if geometricalnonlinearity is taken into consideration. Material deforming diagrams can be non-monotonic and non-smooth, and constraints can be unilateral, with gaps. Furthermore, optimisation of a mathematical modelof a rod structure as a discrete mechanical system withstanding dead (constant) and/or moving loadsis proposed. This model is formulated using bilevel mathematical programming. The limit parametersof standard loads and actions are found in the low-level optimisation. An extreme energy principle isproposed to obtain the limit parameters of these actions. Onthe upper level, the parameters of movingload are maximized. A positive influence of equilibrium or quasi-equilibrium constant load with the possiblepreloading of SHS is shown. A set of criteria for the stability of plastic yielding of structures, including non-smooth and non-convex problems of optimisation is given. The paper presents an exemplary application of the proposed method which takes into account the self-hardening effect.

7

Shakedown analysis of composite steel-concrete frame systems with plastic and brittle elements under seismic action

Alawdin P., Bulanov G.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2017

|

No. 25(2)

11--23

EN

In this paper the earthquake analysis of composite steel-concrete frames is performed by finding solution of the optimization problem of shakedown analysis, which takes into account the nonlinear properties of materials. The constructions are equipped with systems bearing structures of various elastic-plastic and brittle elements absorbing energy of seismic actions. A mathematical model of this problem is presented on the base of limit analysis theory with partial redistribution of self-stressed internal forces. It is assumed that the load varies randomly within the specified limits. These limits are determined by the possible direction and magnitude of seismic loads. The illustrative example of such analysis of system is introduced. Some attention has been paid to the practical application of the proposed mathematical model.

PL

W pracy przedstawiona analiza sejsmiczna stalowo-betonowych ram zespolonych za pomocom rozwiązywania problemu optymalizacji nośności granicznej i przystosowania, biorąc pod uwagę nieliniowe właściwości materiałów. Konstrukcje zostały wyposażone przez układy nośne sprężysto-plastycznych i kruchych elementów, które absorbują energię sejsmicznych działań. Zaproponowano model matematyczny tego problemu na podstawie teorii nośności granicznej przy ograniczonej redystribucji sił wewnętrznych resztkowych w takich konstrukcjach. Założono że obciążenia zmieniają się losowo w zadanych obszarach, zależnych od kierunków i amplitud sejsmicznych działań. Podano ilustratywny przykład takiej analizy. Została zwrócona uwaga na praktyczne zastosowania zaproponowanej modeli matematycznej.

8

Limit analysis of geometrically hardening composite steel-concrete systems

Alawdin P., Urbańska K.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2015

|

No. 16

5--23

EN

The paper considers some results of creating load-carrying composite systems that have uprated strength, rigidity and safety, and therefore are called geometrically (self-) hardening systems. The optimization mathematic models of structures as discrete mechanical systems withstanding dead load, monotonic or low cyclic static and kinematic actions are proposed. To find limit parameters of these actions the extreme energetic principle is suggested what result in the bilevel mathematic programming problem statement. The limit parameters of load actions are found on the first level of optimization. On the second level the power of the constant load with equilibrium preloading is maximized and/or system cost is minimized. The examples of using the proposed methods are presented and geometrically hardening composite steel-concrete system are taken into account.

PL

W pracy przedstawiono sposoby projektowania konstrukcji, które ze względu na swoją geometrię oraz topologię posiadają podwyższoną nośność, sztywność i bezpieczeństwo. Systemy takie nazwano geometrycznie (samo-) wzmacniającymi się. Zaproponowano optymalizacyjne modele matematyczne konstrukcji jako dyskretne systemy mechaniczne będące pod obciążeniem stałym, zmiennym monotoniczne lub niskocyklowym, statycznym lub kinematycznym. Dla znalezienia granicznych parametrów obciążeń wprowadzona została ekstremalna zasada energetyczna, przedstawiona jako problem dwupoziomowego programowania matematycznego. Graniczne parametry obciążeń szukane są na pierwszym poziomie optymalizacji. Na drugim poziomie minimalizowany jest koszt systemu i/lub maksymalizowana jest moc stałego równoważącego obciążenia z dociążeniem. Ponadto w pracy przeanalizowano numerycznie i analitycznie zachowanie konstrukcji geometrycznie wzmacniających się na przykładzie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych. Pierwszy przykład dotyczy konstrukcji belkowo-prętowej z podciągiem, belkę stanowi stalowy dwuteownik połączony z płytą betonową. Analizowano cztery przypadki skratownia podciągu wykonanego z prętów stalowych o przekroju kołowym i znacznej sztywności słupów. Pokazano znaczący wpływ orientacji słupów podciągu na nośność konstrukcji. Drugi przykład numeryczny wykonano dla uproszczonego modelu wiaduktu WD-22 znajdującego się na węźle „Pyrzyce” na drodze ekspresowej S3. Dla obu przykładów realizowano dwa przypadki obciążania konstrukcji, bez uwzględnienia i z uwzględnieniem stałego równoważącego obciążenia z dociążeniem. Obliczenia numeryczne wykonano w środowisku systemu Abaqus/Standard stosując analizę geometrycznie nieliniową (Nlgeom). W obliczeniach przyjęto następujące modele materiałowe: dla belki żelbetowej - idealnie sprężysto-plastyczny natomiast dla prętów stalowych podciągu - sprężysty. Celem analizy była obserwacja zachowania się konstrukcji po osiągnięciu obciążenia granicznego dla różnych przypadków skratowania oraz oszacowanie nośności granicznej dla konstrukcji bez stałego obciążenia oraz ze stałym obciążeniem i dociążeniem. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń numerycznych i analitycznych stwierdzono, że w różnych konstrukcjach o pewnych wymiarach skratowania obserwuje się wzmocnienie geometryczne po osiągnięciu przez system nośności granicznej. Uwzględnienie obciążenia stałego równoważącego oraz dodatkowego dociążenia powoduje wzrost nośności granicznej konstrukcji geometrycznie wzmacniających się o około 20 %.

9

Analysis of jacking force for rectangular pipe-jacking machine

Li H., Yang Y., Tu X., Wang T.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 9b

200-203

EN

For the electrical control system of push pipe driving machine, the adjustment of jacking force is critical to balancing the resistance force and moving the pipe string forward. This force should be well under control so as to avoid both the collapse (active failure) and the blow-out (passive failure) of the soil mass near the tunnel face. The aim of this paper is to determine the collapse and blow-out face jacking force of a rectangular tunnel. The analysis is carried out in the framework of the kinematic method of limit analysis theory. The numerical results obtained are presented and analyzed.

PL

W maszynach do przeciskania rur istotną role odgrywa siła przecisku (jacking force). W artykule analizuje się tę siłę dla prostokątnego tunelu.

10

Limit analysis of steel-concrete composite structures with slip

Aliawdin P., Urbańska K.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2011

|

No. 7

19-34

EN

The paper proposes a modeling of the load carrying capacity of steel-concrete composite structures with slip. An analytical approach to the load carrying capacity calculation of multilayered composite elements and structures with slip is presented. The interaction of layers of composite beams and bars on the example of two- and three-layers, including thin-wall ones, was analyzed. The results are compared with numerical calculations using a program based on the finite element method. Then the problem of the limit analysis for the spatial skeleton structures is formulated as an optimization problem.

PL

W referacie zaproponowano modelowanie nośności granicznej zespolonych stalowobetonowych konstrukcji z poślizgiem. Przedstawiono analityczne podejście do obliczania nośności granicznej wielowarstwowych elementów i konstrukcji zespolonych z poślizgiem. Przeanalizowano współdziałanie warstw konstrukcji zespolonych, w tym cienkościennych, na przykładzie belek dwu- i trójwarstwowych. Wyniki zostały porównane z obliczeniami numerycznymi wykonanymi przy użyciu programu opartego o Metodę Elementów Skończonych. Następnie zagadnienie nośności granicznej przestrzennych konstrukcji szkieletowych zostało określone jako problem optymalizacji.

11

Projektowanie metodą SADSF i analizy własności sprężystych i zmęczeniowych pasm rozciąganych z otworem

Markiewicz I.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2010

|

nr 1

4-14

PL

Praca przedstawia rezultaty projektowania metodą SADSF oraz wyniki liniowych analiz MES i szacowania trwałości zmęczeniowej metodą odkształceń lokalnych pasm rozciąganych z otworem w części centralnej. Podstawowym celem pracy jest potwierdzenie przydatności metody SADSF, która zakłada warunek wyrównanego wytężenia w stanie granicznym, do projektowania elementów pracujących w zakresie sprężystym i przy obciążeniach zmiennych w czasie. Metoda SADSF bowiem, jako jedna z niewielu, pozwala efektywnie rozwiązywać zadania projektowania nawet bardzo złożonych konstrukcji. Może być tym samym konkurencyjna dla bardzo zaawansowanych metod tzw. optymalizacji topologicznej. Metoda SADSF, w odróżnieniu od nich, nie wymaga stosowania pracochłonnych procedur optymalizacyjnych i może być z łatwością wykorzystana w projektowaniu inżynierskim. Co więcej można ją stosować już w chwili, gdy dane są tylko warunki brzegowe. Z użyciem metody SADSF zbudowano całą serię rozwiązań pasm spełniających założone warunki brzegowe i posiadających otwór w części centralnej. Przeprowadzone analizy potwierdziły dobre własności zaprojektowanych elementów, a otrzymane rozwiązania wskazały takie sposoby ich konstruowania, które dają niskie koncentracje naprężenia i dużą trwałość zmęczeniową.

EN

The paper presents the results of design, by the SADSF method, of tensioned strips with holes in the central part, and the results of linear FEM analyses. Estimation of fatigue life by local strain method is also presented. The essential aim of the work is to confirm the usefulness of the SADSF method, which assumes the condition of equalized effort in limit state, to designing elements working in elastic rage, and subjected to loads variable in time. The SADSF method is one of few methods which make it possible to effectively solve the design problems, also in the cases of very complex structures. Then, it can be competitive to very advanced methods of the so-called topology optimization. The SADSF method, unlike the latter ones, does not require applying laborious optimization procedures, and can be easily used in engineering design. Moreover, it can be applied already at the moment when only boundary conditions are known. Using the SADSF method, we have constructed a whole series of solutions of strips having a hole in the central part, which satisfy the assumed boundary condition. The carried-out analyses have confirmed good qualities of the designed elements, and the obtained solutions have shown how to select such design methods, which give low stress concentration and high fatigue life.

12

Analysis of elastic properties of thin-walled structures designed by SADSF method

Markiewicz I.

Engineering Transactions

|

2009

|

Vol. 57, iss. 1

35-43

EN

The paper presents the results of analyses of elastic properties of thin-walled structures designed by means of the SADSF method, carried out in order to confirm its practical usefulness. The SADSF method makes it possible without applying any iterative correction procedures - to effectively solve the problems of design of such structures. The method can be applied in cases when only boundary conditions are given. The obtained solutions are free of the structural errors which can significantly deteriorate load carrying ability of structures of this class.

13

Analiza rozmieszczenia otworów w rozciąganej tarczy z wykorzystaniem metody SADSF oraz szacowanie trwałości zmęczeniowej

Markiewicz I.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2009

|

nr 3

24-31

PL

Praca przedstawia wyniki analiz sprężystych MES i szacowania trwałości zmęczeniowej rozciąganej tarczy prostokątnej osłabionej otworami. Odległości pomiędzy otworami wyznaczono metodą SADSF. Rozważono dwa przypadki, gdy otwory są rozłożone w rzędzie prostopadle do kierunku działania obciążenia oraz wzdłuż tego kierunku. Podczas analiz stwierdzono, że najlepsze minimalne odległości pomiędzy otworami - w przypadku gdy otwory są rozłożone w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku działania obciążenia - leżą bardzo blisko wartości otrzymanych przy pomocy metody SADSF. Zmniejszając rozstawy poniżej wymiarów wyznaczonych tą metodą obserwuje się bardzo szybki wzrost współczynnika koncentracji naprężenia i spadek trwałości zmęczeniowej. W drugim przypadku tak wyraźnego efektu nie stwierdzono. W miarę zmniejszania się rozstawu otworów, współczynnik koncentracji stale maleje, a trwałość zmęczeniowa rośnie.

EN

The paper presents the results of elastic FE analyses and estimations of fatigue life of a tensile rectangular plate weakened by the presence of holes. The distances between the holes were determined by means of the SADSF method. Two cases were considered: when the holes are arranged in a row perpendicularly to the direction of load, and parallel to this direction. In the case of holes lying in a plane perpendicular to the load direction, the analyses have shown that the best minimal distances between the holes are very close to those obtained by using the SADSF method. When the hole spacing is decreased below the dimensions determined by this method, one observes a rapid growth of stress concentration factor and a drop of fatigue life. In the second case, however, one does not observe such strong effects. As the hole spacing decreases, stress concentration factor continuously drops down, and fatigue life increases.

14

Niejednorodność ośrodka gruntowego w kinematycznej analizie stateczności zboczy

Bagińska I., Izbicki R. J.

Górnictwo i Geoinżynieria

|

2008

|

R. 32, z. 2

27-33

PL

W pracy przedstawiono dotychczasowe metody uwzględniania niejednorodności ośrodka gruntowego w kinematycznej analizie stateczności zboczy w płaskim stanie odkształcenia. Zaprezentowano proponowany algorytm obliczeniowy uwzględniający uwarstwienia ośrodka gruntowego w uogólnionej Metodzie Elementów Kinematycznych. Poddano analizie zmianę wysokości krytycznej zbocza uwarstwionego przy zmiennym położeniu linii rozgraniczającej różne ośrodki gruntowe. Wyniki przeprowadzonych analiz numerycznych zilustrowano graficznie.

EN

Previous methods including the non-homogeneous soil in kinematic analysis of the stability of slopes are shown in the paper. The proposed computable algorithm including stratification of the soil in the generalized Kinematic Element Method is presented. The change of the critical high of the stratified slope with variable line demarcating the different soils is analyzed. The results of the numerical analysis are graphically illustrated.

15

Analiza połączenia spawanego zaprojektowanego metodami nośności granicznej

Markiewicz I.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2008

|

nr 3

12-21

PL

Praca przedstawia wyniki kształtowania metodami nośności granicznej oraz przybliżonych analiz sprężystych MES i numerycznych badań zmęczeniowych, spawanego połączenia nakładkowego blach, które wykonane w sposób tradycyjny ma wysoki współczynnik koncentracji naprężenia i niską trwałość zmęczeniową. Na podstawie skonstruowanego statycznie dopuszczalnego pola naprężeń i kinematycznie dopuszczalnych mechanizmów zniszczenia określono kształt połączenia, a przede wszystkim oszacowanie teoretyczne szerokość łączenia blach (szerokości spoiny). Z przeprowadzonych analiz wynika, że optymalna - ze względu na wielkość maksymalnej koncentracji i trwałości zmęczeniowej - szerokość spoiny pokrywa się z otrzymanym wymiarem teoretycznym. Połączenie zaprojektowane metodami nośności granicznej ma ponad dwukrotnie mniejszy współczynnik koncentracji naprężenia w stosunku do tradycyjnego i około 50 krotne większą trwałość zmęczeniową.

EN

The paper presents the results of application of the limit analysis methods, approximate elastic analyses FEM and numerical fatigue investigations to overlapping weldments in sheet-metal plates. When made with the use of traditional methods, these weldments exhibit high concentration of stresses and low fatigue life. By constructing statically admissible stress fi elds and kinematically admissible collapse mechanisms, one can determine the shape of weldment, and estimate theoretically the weld leg length. The analyses performed by the author show that the weld leg length optimal for minimizing stress concentration and maximizing fatigue strength is consistent with that calculated theoretically. The weldment designed with the use of limit analysis methods has, in comparison with a traditional welded joint, a twofold lower stress concentration factor, and over 50 times higher fatigue life.

16

Analiza sprężystych pól wytężenia w ramie samochodu ciężarowego ukształtowanej metodą SADSF

Markiewicz I.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2007

|

nr 2

22-27

PL

Praca przedstawia wyniki analiz MES sprężystych pól wytężenia w ramie samochodu ciężarowego, której wstępny kształt i wymiary otrzymano metodą statycznie dopuszczalnych nieciągłych pól naprężeń. Analizy te były prowadzone, ponieważ metoda ta jest w chwili obecnej właściwie jedynym narzędziem, które pozwala - jak żadne inne - rozwiązywać nawet zadania przestrzennego rozmieszczenia materiału, gdy dane są tylko warunki brzegowe.

EN

The method of statically admissible discontinuous stress fields (SADSF) has become the tool for strength shaping of similar significance as the finite element method (FEM) for analysis and dimensioning. The paper presents the results of analyses of elastic effort fields in complex truck frame structure designed by the SADSF method. The FEM method is used for the analysis. Results of numerical investigation are presented and discussed.

17

Numerical and experimental approaches of masonry arches effected by horizontal springing displacements

Lamblin D., Van Parys L., Descamps T.

Foundations of Civil and Environmental Engineering

|

2006

|

No. 7

201-213

EN

Masonry arches arc efficient structural systems that have been used for centuries in important constructions. Since some of them have been sensitively affected by structural pathologies, it can be difficult for engineers to assess the remaining stability of the structure. The numerical simulation of this kind of problem often constitutes an interesting approach whose crucial point is the modelling of the interface between the vous-soirs. This paper proposes a simplified Finite Element modelling using virtual truss bars exhibiting a non-linear behaviour. After the description of the procedure, the paper presents three classical approaches that can be used in order to validate the results obtained with the simplified one: limit analysis theory, finite element simulation performed in a general framework, and a lab test campaign. An original complementary approach based on a multi-body system formulation has also been described. Key results obtained with the different approaches have been compared briefly for a case study.

18

Analyses of plane stress discontinuity lines systems in oyane porous media

Bodaszewski W.

Engineering Transactions

|

2005

|

Vol. 53, iss. 4

397-414

EN

The paper presents the results of numerical analyses of certain properties of plane stress discontinuity lines systems, which are specific for the Oyane condition, and do not appear when one assumes other yield conditions, such as Huber-Mises or Tresca conditions. The results have been obtained by applying general algorithms that do not require formulating any individual relationships. The algorithms aid solving problems for any boundary conditions, of practically any type, which can be met in the problems of construction of discontinuous statically admissible fields, mainly the limit fields. In the assumed formulation, the solution consists in finding initially the fields arising around isolated nodes of stress discontinuity lines, and then integrating the fields into two-dimensional complex fields. Application of these algorithms makes it possible to quickly find all the existing solutions of the stress discontinuity lines around the nodes, at the same time eliminating the need of forecasting (guessing the solution), which until recently was the main difficulty in solving each new complex field. Physical justification of the Oyane condition is beyond the scope of this work.

19

Algorithms of the method of statically admissible discontinuous stress fields (SADSF) . P. 4 Inegration of fields around nodes into planar complex fields

Bodaszewski W.

Engineering Transactions

|

2005

|

Vol. 53, iss. 2

119-131

EN

In this part of the paper, the author presents a general concepts of algorithms of two program modules that integrate component fields around nodes into planar complex fields. The first module, the auxiliary one called module C, is used to construct the objects of incidence of the regions and the lines that are generated automatically, based on a freehand sketch of the field structure - which can be drawn, for example, on the monitor screen by means of a mouse. The proper integration, however, is performed by the second module, called module B, which utilises both the incidences brought in by module C, and the solutions of component systems of stress discontinuity lines around nodes - the latter obtained using the module called A. The individual partial problems are still demonstrated here, and the example of the already known solution of the field type f90 is used for this purpose. Attention is also focussed on the effects of partial autonomy that are revealed in the integration problems. These effects consist in decoupling of two systems of conditions: the one defined on geometrical parameters, and that based on stress parameters. The conditions are utilised, for example, in the algorithms of the application version software for finding particularly complicated fields that could contain as much as several dozens of homogeneous regions. An example of such a solution is shown along with its application to forming complex elements of a structure. The example confirms once again great potential of the SADSF method.

20

Wpływ autokorelacji granicy plastyczności na losową nośność plastyczną konstrukcji

Machowski A., Żwirek P.

Czasopismo Techniczne. Budownictwo

|

2004

|

R. 101, z. 11-B

81-90

PL

W pracy rozpatrzono ustroje sztywno-plastyczne z losową wytrzymałością. Omówiono badania doświadczalne lokalnej granicy plastyczności stali konstrukcyjnej. Sformułowano racjonalną definicję losowego rozwiązania zupełnego zagadnienia nośności granicznej. Przedstawiono przykład obliczeń ramy portalowej. Omówiono relacje pomiędzy losowym rozwiązaniem zupełnym a oszacowaniem statycznym i kinetycznym.

EN

Rigid-plastic structures with random strength are under consideration. Experimental investigations of local yield limit of structural are discussed. A consistent definition of random complete solution of plastic capacity problem is formulated. An example of portal frame analysis is presented. Relations between random complete solution and kinematic of static solutions are under consideration.