Numerical analysis of the propagation of a disturbance in steel using the ANSYS program

Abstract

Викладено результати гармонічного аналізу поширення руйнування від стискання пружної конструкції, виготовленої зі сталі (куби розмірами 5×5×5 см). Оцінка впливу початкового впливу на параметри, пов’язані з порушенням структури в конструктивних елементах, має важливе значення для безпеки будівельних робіт. Також застосування початкового удару можна використовувати для неруйнівного випробування готових будівельних розчинів та числового аналізу цілих конструкцій. Доцільно з огляду на хід числових досліджень виконати числовий аналіз простої еластичної структури, щоб показати кількісні або потенційно-якісні відмінності для різних типів числових аналізів на основі методу скінченних елементів. Прикладом цього є гармонічний аналіз, за допомогою якого можна виконати фазово-частотний аналіз структури, що дає змогу визначити реальну амплітуду, якої можна досягти, наприклад, у разі зміщення під час нескінченно тривалого впливу синусоїдальної змінної. Виконано оцінку початкового стиску або розтягу на швидкість порушення структури. Також показано, що стосовно еталонної моделі, тобто моделі, що не зазнала попередніх впливів, відбувається зміна швидкості порушення стану спокою та зміна амплітуди. Відмінності в отриманих швидкостях відносно еталонної моделі розтягу в шість разів вищі, а стиснення приблизно в 47 разів більше. Після попереднього стиснення модель додатково піддали імпульсивному навантаженню (імітація тесту молотка). Компресійні напруження зменшували міжмолекулярні відстані, тобто потовщували структуру матеріалу, що збільшило швидкість поширення порушення структури внаслідок заявленого впливу імпульсного навантаження з амплітудою 10 Н. Тому визначено, що отримані відмінності у швидкості поширення зумовлені зміною міжмолекулярної відстані для аналізованого середовища, як наслідок впливу попереднього удару, тобто поверхневого натягу або стиснення для аналізованої простої пружної структури, виготовленої зі сталі.

The paper presents harmonic analysis for the propagation of a disturbance in a simple compressible elastic structure made of steel (a cubic cube measuring 5×5×5 cm). The impact of initial compression or stretching on the propagation speed of the disorder was assessed. It has been shown that in relation to the reference model, i.e. the model without preliminary interactions, there is a change in the speed of propagation of the disturbance and change of the velocity amplitude. Differences in the obtained speeds in relation to the reference model for stretching is by 6 times higher and compression by about 47 times greater. After precompression, the model was additionally subjected to an impulsive load (like an hammer test). Differences in propagation velocity obtained are caused by the change of intermolecular distance for the analyzed medium, as a consequence of the influence of the preliminary impact, i.e. surface tension or compression for the analyzed simple elastic structure made of steel.