Скінченно-елементне моделювання підвісної конструкції при дії вітрових навантажень

Abstract

Магістерська робота присвячена дослідженню напружено-деформованого стану світлопрозорих консольно-вантових конструкцій під впливом пікових вітрових навантажень. У роботі розглянуто основні типи вантових систем, принципи їх формоутворення та приклади реалізованих проєктів. Проаналізовано особливості роботи вантових покриттів, їх архітектурно-конструктивні переваги, матеріалозбереження та високі естетичні якості. У першому розділі подано класифікацію вантових систем, наведено приклади сучасних архітектурних об’єктів, де такі конструкції застосовуються. Особливу увагу приділено стабілізації та керуванню напружено-деформованим станом в процесі експлуатації. Другий розділ присвячено верифікованому розрахунку вантової конструкції із застосуванням ПК «ЛІРА». На основі прийнятих навантажень (власна вага, снігове, основне та пікове вітрове навантаження) сформовано розрахункові комбінації. Побудовано моделі та виконано чисельне моделювання методом скінченних елементів. У третьому розділі проведено порівняння впливу способу постановки розрахункової моделі на результати НДС. Виконано розрахунки в лінійній та об’ємній постановках. Отримані дані дозволяють оптимізувати конструкцію за критерієм мінімізації матеріаломісткості та забезпечення надійності. Результати дослідження мають практичне значення для проєктування і реконструкції світлопрозорих навісів із застосуванням вантових систем. Наукова новизна полягає у використанні комбінованої методики чисельного аналізу з урахуванням динамічного впливу пікових навантажень. Результати апробовано на науковій конференції, опубліковано у збірнику тез. Робота виконана відповідно до тематики НДР кафедри будівельної механіки ТНТУ.

англійською This master's thesis investigates the stress-strain state of transparent cantilevered cable structures under peak wind loads. The work focuses on the classification of cable systems, their formation principles, and architectural applications. It emphasizes the structural and aesthetic advantages of cable-supported roofs, including material efficiency and design flexibility. The first chapter presents a typology of cable systems, illustrating various implemented architectural projects. Special attention is given to managing the stress-strain behavior during the operational phase of the structure to enhance safety and longevity. In the second chapter, a verified structural analysis of the cable-supported canopy is conducted using the LIRA software. Load combinations are formulated based on self-weight, snow, and wind loads (both basic and peak). A finite element model is created to evaluate structural performance. The third chapter compares the results obtained from linear and volumetric modeling approaches. Numerical simulations demonstrate how different modeling assumptions influence the stress distribution and help optimize the system by reducing material usage while maintaining reliability. The findings have practical value for the design and renovation of transparent canopies utilizing cable structures. The scientific novelty lies in the hybrid numerical approach applied to assess dynamic effects from peak loads, contributing to more efficient and robust designs. The results were presented at a scientific conference and published in the proceedings. The study was carried out within the framework of research conducted by the Department of Structural Mechanics at TNTU.