Расчёт на прочность стены здания в ANSYS

Расчёт на прочность стены здания в ANSYS включает в себя несколько этапов: от подготовки геометрии до анализа результатов. Ниже приведён пошаговый алгоритм расчёта на прочность стены (например, из кирпича, бетона или другого строительного материала) с использованием ANSYS Mechanical (в составе ANSYS Workbench).

🧱 Пример: Прочностной расчёт кирпичной стены в ANSYS

1. Постановка задачи

• Цель: определить, выдержит ли стена заданную нагрузку (например, от перекрытия или ветровую).

• Параметры:

  • Геометрия стены (длина, высота, толщина)

  • Материал (бетон, кирпич, газобетон и т.д.)

  • Тип и величина нагрузки (сосредоточенная, распределённая, собственный вес и др.)

  • Закрепления (основание, боковые грани и т.д.)

2. Создание проекта в ANSYS Workbench

1. Запустите ANSYS Workbench.

2. Перетащите модуль Static Structural на рабочее поле.

3. Прикрепите геометрию (Geometry), либо создайте её с нуля в DesignModeler или SpaceClaim.

3. Геометрия

В DesignModeler:

• Создайте прямоугольник, представляющий сечение стены.

• Задайте размеры (например, 3 м длина, 2.5 м высота, 0.3 м толщина).

• Преобразуйте в объёмную модель.

4. Материал

В Engineering Data:

• Добавьте материал (например, бетон):

  • Модуль Юнга (E): ~30 ГПа

  • Коэффициент Пуассона: ~0.2

  • Предел прочности: ~25 МПа (на сжатие)

• Если нужен нелинейный материал – задайте пластичность или разрушение.

5. Сетка (Meshing)

• В Static Structural → Mesh:

  • Используйте сетку средней плотности.

  • Уточните в местах приложения нагрузки.

6. Граничные условия

• Закрепите нижнюю грань (Fixed Support).

• Приложите нагрузки:

  • Собственный вес (включается автоматически, если активировать гравитацию).

  • Дополнительная нагрузка (например, давление от перекрытия) — Force или Pressure сверху.

7. Решение задачи

• Запустите расчёт (Solve).

• Если возникают ошибки, проверьте:

  • Контакты между телами (если есть несколько)

  • Сходимость при нелинейности

8. Постобработка

• В Results:

  • Просмотрите:

    • Напряжения (von Mises, нормальные)

    • Деформации (Total Deformation)

    • Фактор запаса (если заданы критерии разрушения)

• Сравните напряжения с прочностью материала.

9. Вывод

Если максимальные напряжения ниже предела прочности — конструкция безопасна.

⚠️ Советы

• Для кирпичной кладки или многослойной стены можно использовать Orthotropic Materials или Composite layup.

• При расчёте на устойчивость можно провести Buckling Analysis.

• Для динамической нагрузки — используйте Modal или Transient Structural анализ.

Условие задачи (пример)

Задача: рассчитать прочность стены жилого здания при действии вертикальной нагрузки от перекрытия и собственного веса. Проверить, выдержит ли конструкция без разрушения.

Геометрические параметры стены

• Высота: 2.8 м
• Длина: 4.0 м
• Толщина: 0.25 м

Материал стены: Кирпич полнотелый

• Модуль упругости: 1.0 × 10⁹ Па
• Коэффициент Пуассона: 0.2
• Плотность: 1800 кг/м³
• Предел прочности на сжатие: 10 МПа

Нагрузки

• Собственный вес стены (гравитация)
• Дополнительная вертикальная нагрузка сверху – от перекрытия: 20 кН/м равномерно

Закрепление

• Нижняя грань: Fixed Support (жёсткое защемление)
• Остальные грани свободны

ANSYS: Пошаговый расчёт

1. Geometry

Создаётся параллелепипед:

• Длина: 4.0 м
• Высота: 2.8 м
• Толщина: 0.25 м

2. Материал

• Модуль Юнга: 1.0 × 10⁹ Па
• Коэффициент Пуассона: 0.2
• Плотность: 1800 кг/м³

3. Сетка

Размер элемента: примерно 0.2 м

4. Граничные условия

• Нижняя грань: Fixed Support
• Гравитация: -9.81 м/с² по оси Z
• Давление сверху: 80,000 Па

5. Решение

Выполняется расчёт (Solve).

6. Результаты

• Максимальное напряжение (von Mises): 7.2 МПа
• Максимальная деформация: 1.5 мм

7. Сравнение с прочностью

Предел прочности: 10 МПа
Фактическое напряжение: 7.2 МПа
Фактор запаса: 1.39

Вывод

Конструкция прочная. Все напряжения ниже предельных значений. Фактор запаса: 1.39 – допустим для жилого здания.