Finite Element Analysis for Thin-Walled Member Subjected to Combined Loading

Thin-walled structures are widely used in various structural engineering applications due to their advantage of high bearing strength when compared to self-weight and used in a complex loading situation where subjected to combined loadings. When a thin-walled section is subjected to a combined load with restrained torsion, they are ineffective at resisting, resulting in a reduction in beam capacity due to torsion and additional warping stresses. A finite element calculation can be used to analyze a 3D bar of thin-walled structural sections. Different commercial software and studies commonly consider six degrees of freedom at each node of a member for a space frame without considering the effect of warping restraint at the member's ends. This paper presents a finite element calculation for thin-walled sections with restrained torsion using the 14x14 member stiffness matrix, which includes warping as an additional degree of freedom and is commonly used for open thin-walled sections. In this study, we considered two different methods for including the additional degree of freedom for the stiffness matrix, which are very close to each other for small values of characteristics number.

Тонкостенные конструкции широко используются в различных областях проектирования конструкций благодаря своему преимуществу высокой несущей прочности по сравнению с собственным весом и используются в сложной ситуации нагрузки, когда подвергаются комбинированным нагрузкам. Когда тонкостенные секции подвергаются комбинированной нагрузке со сдержанным торсионом, они неэффективны при сопротивлении, что приводит к снижению пропускной способности балки из-за торсионных и дополнительных деформационных напряжений. Расчет конечных элементов может быть использован для анализа ЗD-стержня тонкостенных структурных секций. Различные коммерческие программы и исследования обычно рассматривают шесть степеней свободы в каждом узле члена для пространственной рамки без учета эффекта деформации сдерживания на концах элемента. В данной работе представлен расчет конечных элементов для тонкостенных секций с ограниченным кручением с использованием матрицы жесткости элементов 14x14, которая включает деформацию в качестве дополнительной степени свободы и обычно используется для открытых тонкостенных секций. В данном исследовании мы рассмотрели два различных метода включения дополнительной степени свободы для матрицы жесткости, которые очень близки друг к другу для малых значений числа характеристик.