ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ КАРКАСУ КАПСУЛЬНОГО БУДИНКУ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ

Анотація

Постановка проблеми. Зростання попиту на мобільні житлові рішення, особливо в контексті післявоєнної відбудови України, зумовлює необхідність розвитку вітчизняного виробництва капсульних будинків. Несучим елементом таких споруд є сталевий каркас, розрахунок якого потребує застосування сучасних методів чисельного моделювання для забезпечення міцності, стійкості, жорсткості при дії експлуатаційних навантажень. Актуальним є питання пошуку раціональних форм та розмірів перерізів несучих елементів з метою зниження металоємності без втрати необхідного рівня надійності. Мета полягає у дослідженні напружено-деформованого стану каркасу капсульного будинку за допомогою методу скінчених елементів при експлуатаційних навантаженнях, дослідженні збіжності результатів чисельного розрахунку та обґрунтуванні можливості утончення профілів несучих елементів. Методика. Виконано тривимірне моделювання просторового каркасу габаритами 11452×3140×3230 мм та масою 3,1 т у програмному комплексі Autodesk Inventor 2024 із застосуванням модуля Simulation 2020. Проведено аналіз збіжності результатів шляхом послідовного подрібнення скінченно-елементної сітки. Переміщення контролювались у 12 характерних точках вздовж поздовжньої осі каркасу. Досліджено експлуатаційне навантаження інтенсивністю 4 кПа. Результати. Встановлено коефіцієнт запасу міцності n = 2,75, що свідчить про надлишкову металоємність конструкції. Максимальні переміщення становлять 7,8 мм, що значно менше граничних L/200 = 57 мм. Збіжність результатів підтверджена при зменшенні розміру елементів сітки з 20 мм до 10 мм з відхиленням менше 2 %. Обґрунтовано можливість заміни вертикальних стійок перерізом 100×100×4 мм на профілі 100×100×3 мм із зменшенням маси на 12 %.  Наукова новизна полягає в комплексному підході до дослідження напружено-деформованого стану легкого металевого  каркасу з гнуто-зварних профілів замкнутого перерізу. Практична значущість. Результати можуть бути використані при проектуванні та серійному виробництві мобільних житлових модулів в Україні, а запропонована методика верифікації - при розрахунку аналогічних тонкостінних каркасних конструкцій.