НЕЛИНЕЙНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К НЕСОВЕРШЕНСТВАМ ГИБРИДНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК НА ОСНОВЕ МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
НЕЛИНЕЙНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К НЕСОВЕРШЕНСТВАМ ГИБРИДНЫХ ДЕРЕВЯННЫХ БАЛОК НА ОСНОВЕ МЕХАНИСТИЧЕСКОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2026-22-2-149-159Ключевые слова:
Вычислительная механика, Гибридная древесина , Нелинейная устойчивость, Энергетический подход, Мембранный эффект, Карта устойчивости, Деградация жесткостиАннотация
В данной работе разработана усовершенствованная вычислительная модель для исследования нелинейной устойчивости и чувствительности к несовершенствам гибридных трехслойных деревянных балок, состоящих из высокожестких внешних слоев из березы и относительно мягкого сердечника из сосны. Путем применения строгой вариационной энергетической формулировки, основанной на принципе минимума полной потенциальной энергии, в исследовании в явном виде моделируется сложное взаимодействие между изгибными деформациями и эффектами мембранных сил, вызванных изгибом, в условиях крупномасштабных начальных геометрических несовершенств. Отличительной особенностью предлагаемой модели является вывод энергетического индекса механизма (η), который служит надежным математическим критерием для идентификации перехода от режима с преобладанием изгиба к режиму активации мембранных сил. Численная реализация выполнена с помощью эффективной алгоритмической процедуры на базе MATLAB, что позволяет проводить высокоточное параметрическое исследование амплитуд несовершенств в диапазоне от бесконечно малых величин до L/50. Комплексные численные результаты показывают, что существенные геометрические отклонения приводят к значительному эффекту «снижения» (knock-down effect) структурной устойчивости, при этом деградация касательной жесткости превышает 60% на докритической стадии по мере увеличения нагрузки. Анализ градиентов касательных напряжений и распределения проскальзывания на границе раздела слоев дополнительно подчеркивает предрасположенность гибридных элементов к локальной неустойчивости при активации мембранных сил. Кроме того, построена топографическая карта переходов устойчивости для визуализации синергетического воздействия жесткости межслойного сдвига и начальных кривизн на общие пределы потери устойчивости. Вычислительные результаты обеспечивают прочную теоретическую основу для проектирования тонких гибридных композитных элементов по предельным состояниям в современном гражданском строительстве, подчеркивая необходимость
Библиографические ссылки
Smith, I., & Fraser, T. (2020). Sustainable timber engineering in modern architecture. Building Research & Information, 48(2), 115-128. doi:10.1080/09613218.2019.1661271.
Jones, K. (2021). The rise of mass timber. Architectural Review, 249(1480), 12-18.
Dietsch, P., & Brandner, R. (2015). Serviceability of timber composite members: A review of current design methods. Construction and Building Materials, 92, 2-15.
Fragiacomo, M. (2017). Hybrid wood-based systems: State-of-the-art and future developments. Technical Report, University of Sassari, Italy, 1-45.
Do, T. T., et al. (2025). Experimental study on GLT structures / real-scale application. Lecture Notes in Civil Engineering: Proceedings of the 4th International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures, Vol. 747, Springer Nature, 791-801.
Dias, A. M. (2019). Mechanically jointed timber behavior: Experimental and numerical investigations. Engineering Structures, 185, 164-171.
CEN. (2004). EN 1995-1-1: Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings. European Committee for Standardization, Brussels.
Yeoh, D. (2020). Revisiting the gamma method for CLT: Computational improvements and limitations. Journal of Wood Science, 66(25), 1-12.
Nguyen, H. S., et al. (2025). Modelling of Timber-to-Timber Composite Beam using Welded-Through Wood Dowels. Lecture Notes in Civil Engineering: Proceedings of the 4th International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures, Vol. 747, Springer Nature, 357-367.
Timoshenko, S. P. (1921). On the correction for shear of the differential equation for transverse vibrations of bars. Philosophical Magazine, Series 6, 41(245), 744-746.
Vlasov, V. Z. (1961). Thin-walled elastic beams (2nd ed.). Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations, 1-493.
Shabana, A. A. (2019). Geometric nonlinearity in beam-type structures. Cambridge: Cambridge University Press, 85-112.
Crisfield, M. A. (1991). Non-linear finite element analysis of solids and structures: Vol. 1. Essentials. Chichester: John Wiley & Sons, 1-345.
Reddy, J. N. (2017). Energy principles and variational methods in applied mechanics (3rd ed.). Hoboken: John Wiley & Sons, 215-280.
Nguyen, L. T., et al. (2025). Numerical Modelling of Densified Wooden Nails in Timber Assemblies using Abaqus. Lecture Notes in Civil Engineering: Proceedings of the 4th International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures, Vol. 747, Springer Nature, 871-881.
Do, T. T., et al. (2025). Study on the Mechanical Properties of Glued Laminated Timber Members and Performance of Beam-Column Connections. Lecture Notes in Civil Engineering: Proceedings of the 4th International Conference on Structural Health Monitoring and Engineering Structures, Vol. 747, Springer Nature, 881-891.
Rajčić, V. (2021). Timber-timber composite beams: A review of structural efficiency and sustainable performance. Sustainability, 13(10), 5432, 1-22.
Lam, F. (2017). Partial interaction in wood composites: Modeling and performance. Wood Science and Technology, 51(1), 12-28.
Bažant, Z. P., & Cedolin, L. (2003). Stability of Structures: Elastic, Inelastic, Fracture, and Damage Theories. Singapore: World Scientific Publishing, 1-980.
Xu, B. H., & Taazunt, M. (2020). Numerical analysis of the nonlinear behavior of hybrid timber beams with imperfect interfaces. Construction and Building Materials, 258, 119561, 1-14.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
