Computer modeling of metal beam bending with different profiles

Abstract

Steel beams are among the most common structural elements in construction and engineering structures. They are used to support and distribute loads, enabling the creation of stable and efficient structures. One of the key aspects in the design of steel beams is their bending behavior. Research on the bending of steel beams with various profiles holds significant importance for engineers and designers, as it helps understand material behavior and determine optimal dimensions and shapes of structures. Conducting such research involves the use of analytical methods, experimental studies, and numerical models. One of the outcomes of studying the bending of steel beams is establishing a relationship between the beam's profile, its dimensions, material properties, and load-carrying capacity. This data can be used for developing regulatory documents and standards that govern the design of steel structures. The selection of appropriate beam profiles is a crucial aspect of design. The choice of an optimal profile depends on various factors such as expected loads, beam length, allowable deformations, and material cost. Research allows for the identification of a profile that best satisfies all these requirements. A comparative analysis between analytical methods and computer modeling revealed that the closest agreement with theoretical values is observed in modeling using Abaqus, while Ansys shows a significant increase in error as the profile shape becomes more complex. The significant error Розділ 2. Моделювання та оптимізація в технології конструкційних матеріалів 27 increase in Ansys is primarily attributed to an insufficient number of mesh elements used to divide the beam according to the finite element method. Therefore, to mitigate substantial deviations from theoretical values when modeling in Ansys, mesh refinement is necessary. One of the research tasks was to perform bending modeling in different software under equal conditions, meaning with the same number of mesh elements. Under these conditions, Abaqus demonstrates an advantage over Ansys. Металеві балки є одними з найпоширеніших структурних елементів в будівництві та інженерних конструкціях. Вони використовуються для підтримки та розподілу навантаження, що дозволяє створювати стійкі та ефективні споруди. Одним із ключових аспектів проектування металевих балок є їх згин. Дослідження згину металевих балок різних профілів мають велике значення для інженерів та дизайнерів, оскільки вони допомагають зрозуміти поведінку матеріалів і визначити оптимальні розміри та форму конструкцій. Проведення таких досліджень включає в себе використання аналітичних методів, експериментальних досліджень та чисельних моделей. Одним з результатів дослідження згину металевих балок є встановлення залежності між профілем балки, її розмірами, матеріалом та здатністю переносити навантаження. Ці дані можуть бути використані для розробки нормативних документів та стандартів, які регулюють проектування сталевих конструкцій. Застосування відповідних профілів для балок є ключовим аспектом в проектуванні. Вибір оптимального профілю залежить від багатьох факторів, таких як очікуване навантаження, довжина балки, припустимі деформації та вартість матеріалу. Дослідження дозволяють визначити профіль, який найкраще задовольняє усі ці вимоги. Проведений порівняльний аналіз між аналітичним методом та комп’ютерним моделюванням показав, що найбільш близьке співпадіння до теоретичного значення спостерігається при моделюванні в Abaqus, тоді як в Ansys спостерігається значне зростання похибки з ускладненням виду профілю. Значне зростання похибки зумовлене в першу чергу недостатньою кількістю елементів сітки на яку ділить програма балку, згідно методу скінченних елементів. Тож для випралення значного відхилення від теоретичного значення при моделюванні в Ansys потрібно згущювати сітку. Однією з задач дослідження було проведення моделювання згину в різних програмах при рівних умовах, тобто однаковій кількості елементів сітки, а при таких умовах Abaqus має перевагу перед Ansys.