Дана характеристика проблеми динамічних розрахунків в додатку до використання сучасних досягнень інформаційних технологій. На прикладі моделі конструкції, що складається з лінійних і плоских елементів, показана технологія підготовки та вирішення завдань власних коливань і перехідного процесу. Бібліогр. 3. Іл. 3.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Мишич Олександр Іванович


FINITE ELEMENT ANALYSIS OF DYNAMIC RESPONSE OF TRESTLEWORK

The article has described the problem of dynamic calculations in application to utilizing the latest achievements in communication technologies. The construction of linear and plain elements being taken as a pattern, the process of preparation and solving problems on characteristic oscillations and transient is shown.


Область наук:

  • Будівництво та архітектура

  • Рік видавництва: 2006


    Журнал: Вісник Астраханського державного технічного університету


    Наукова стаття на тему 'Конечноелементний аналіз динамічного відгуку естакади'

    Текст наукової роботи на тему «Конечноелементний аналіз динамічного відгуку естакади»

    ?УДК 004.4

    А. І. Мишич Астраханський державний технічний університет

    КОНЕЧНОЕЛЕМЕНТНИЙ АНАЛІЗ динамічний відгук естакади

    Розвиток інформаційних технологій істотно впливає на рівень проектування і розробок, в яких інженерний аналіз стає більш глибоким і точним. Це відбувається завдяки застосуванню САПР (CAD / CAM / CAE / PLM), і зокрема широкому впровадженню CAE-систем (Computer Aided Engineering) на основі використання методу скінченних елементів (МСЕ), які можуть бути встановлені на ПК. У ряді робіт були показані прийоми вирішення деяких завдань динаміки конструкцій МСЕ з використанням сучасних САЕ-систем [1-3]. При практичному освоєнні технології встановлення та перегляду завдань динамічного відгуку конструкцій нами використовувалися програмні продукти світового класу: пре-пост-процесор FEMAP і вирішувачі MSC.Nastran, NE / Nastran, ANSYS, Femap Structural; тут показаний лише один приклад динамічного аналізу конечноелементой моделі (КЕМ) естакади.

    Динамічні розрахунки істотно складніше статичних хоча б тому, що в них має місце підвищення рівномірності завдання за рахунок введення в формулювання часу або частоти. Складнощі виникають і при підготовці вихідних даних, і в ході інтерпретації результатів. Тим важливіше постановка задач динаміки і визначення технології їх реалізації з використанням САЕ-систем.

    Загальна стратегія розрахунків як в статиці, так і в динаміці полягає в розробці спектра КЕМ, починаючи з малих і по можливості простих, для яких відомі аналітичні рішення. Потім моделі послідовно ускладнюються з одночасним покроковим аналізом змін, що відбуваються і коригуванням плану розробки.

    Задачі динаміки класифікуються по-різному, але якщо взяти до уваги загальне поле таких завдань, то вони діляться за своїм характером на наступні:

    - детерміновані;

    - випадкових впливів.

    Детерміновані завдання в лінійній постановці поділяються на такі види:

    1) визначення власних частот вібрацій і відповідних їм мод (форм) зміни конструкцій;

    2) аналіз нестаціонарних (перехідних) процесів при короткочасних впливах;

    3) аналіз амплітудно-частотних характеристик конструкції при досить тривалому впливі на неї;

    4) спектральний аналіз конструкції на ударну навантаження.

    При вирішенні інженерних задач динаміки конструкцій найчастіше затребувані перші три з перерахованих видів аналізу, коли важливо відповісти на питання про допустимість виникають при швидкому навантаженні піків напруг і часу їх загасання, а також забезпечити стійкий режим роботи систем далеко від спектрів резонансних частот, організацію віброзахисту і усталостную довговічність. У всіх випадках базою, відправною точкою динамічних розрахунків є аналіз власних коливань. Однак конкретні розрахунки доцільно починати з вирішення завдання статичного впливу власної ваги на конструкцію; це є хорошим контролем правильності підготовлених конечноелементних моделей для подальшого динамічного аналізу того чи іншого типу.

    Розглянемо динамічний вплив на естакаду, обмежившись лише випадком перехідного процесу. Побудуємо наближену модель естакади, що складається з декількох рядів затисненого в підставі колон, на які покладена плита, як це показано на рис. 1.

    у V: ЕБТАСЛОА і МаББОлл, С: Нхесі,

    Р

    Мал. 1. Конечноелементная модель естакади

    Поперечний переріз колон приймалося кільцевим з зовнішнім діаметром 1,6 м і товщиною 0,15 м. Колони і плити виконані з залізобетону з наступними характеристиками пружності: модуль Е = 3,8е + 10 МПа, коефіцієнт Пуассона V = 0,3, щільність - 2 200 кг / м3; товщина плити -0,6 м. Інші геометричні дані об'єкта дослідження: висота колон - 14,5 м, відстань між колонами по ширині - 18 м; всього по довжині естакади є 8 рядів колон з кроком 13 м; розміри плити Ь х В = = 93,83 • 38,83 м.

    В результаті маємо такі масові характеристики споруди: маса однієї колони, яку складають 7 СЕ типу ВЕАМ, складає 21 793 кг, маса плити - 4 809,038 т.

    Результати рішення статичної задачі на дію масових сил показали, що деформування всіх елементів конструкції відбувається строго закономірно, при цьому найбільші значення переміщень досягають величини 15 мм, напруги по Мизесу Svm в плиті не перевищують 11 МПа, а максимальні напруги в колонах - не більше 8 МПа.

    Розрахунки власних коливань для перших 10 форм показують, що частоти коливань лежать в межах від 1,36 Гц для 1 моди до 5,87 Гц для 10 моди, найбільші переміщення для перших 3 мод рівні 0,45, 0,46 і 0,78 мм відповідно. Перші 2 моди реалізуються за рахунок згинальних коливань колон, третя мода є крутильній, надалі коливання відбуваються за рахунок формозміни плити.

    Проведемо тепер для оцінки ефекту динамічності статичний розрахунок від зусиль навалу судна на естакаду і відповідний динамічний аналіз з використанням модуля Transient Dynamic / Time History. Величина сил була прийнята рівною FX = 600 кН. Сили прикладені з ексентрісітетом від центру мас плити, при цьому розглядалися наступні розрахункові випадки:

    - одна сила діє по центру плити;

    - одна сила діє на край плити;

    - спільна дія обох сил;

    - динамічна дія обох сил по заданому тимчасовому закону FX (t).

    Результати статичних розрахунків для першого випадку аналізувалися за даними у вигляді графіків переміщень (Т = переміщення по осі Х, Т2 = переміщення по осі Y) характерних вузлів естакади, епюр найбільших напружень (Smax) елементів колон і поля напружень по Мизесу (Svm) на верхній поверхні плити. На рис. 2 показані графіки зміни значень переміщень Т \ і Т2 уздовж крайки плити, до якої включені навантаження; найбільше значення Т1 = 2,43 мм досягається в вузлах ближньої бічний кромки плити.

    1: FX = 600 кН, Т2 Translation (1 000) Z Cooidinate SysiemO

    2: FX = 600 кН, Ti Translation (1 000)

    Мал. 2. Графіки зміни переміщень Т1 і Т2 уздовж крайки плити; випадок дії однієї сили FX = 600 кН

    Аналіз полів напружень показує їх закономірний характер: найбільше із значень ^ тах = 1,51 МПа має місце близько защемлення ближньої центральної опори, максимальні значення Бут = 0,72 МПа виникають в КЕ близько ближньої бічний кромки плити.

    При кроці 2-х сил всі ці величини ПДВ збільшилися приблизно вдвічі, Бтах = 3,20 МПа, Бут = 1,52 МПа.

    Розрахунки динаміки проводили на випадок дії обох сил, причому функція ^ (0 зміни навантаження в часі відображала лінійне навантаження за 0,3 сек зі збереженням рівня ^ тах протягом 1,7 сек, далі відбувалося падіння рівня Е (^ до нуля.

    У першому з розрахунків приймалося, що обидві сили одночасно впливають на естакаду, демпфірування задавали в усьому частотному діапазоні на рівні 5%, враховували перші три моди власних коливань.

    Результати динамічних розрахунків аналізували шляхом побудови графіків переміщень Т1 в характерних вузлах естакади, а також епюр найбільших напружень (^ тах) елементів колон і поля напружень по Мизесу (^ ут) на верхній поверхні плити. На рис. 3 показані графіки зміни значень переміщень Т1 для вузлів 212, 259 і 235, розташування яких відображено на рис. 1; найбільші значення Т = 8,4 мм досягаються в вузлах ближньої бічний кромки плити до моменту часу

    0,5 сек. Середня крива відноситься до вузлів в області дії сил і має ідентичний характер, нижня крива відображає переміщення вузлів в зоні дальньої бокової грані плити. Тут спостерігається затримка досягнення

    максимальних значень до 1,5 ___ 2 сек і рівень їх в 3-4 рази нижче, ніж

    близько ближньої бічний кромки плити.

    1: т Translation, Node 212 (1 000)

    2: Ti Translation, Node 259 (1 000)

    3: T1 Translation, Node 235 (1 000)

    Мал. 3. Переміщення Т1, мм, для вузлів 212, 259 і 235 в часі

    Аналіз зміни графіків напружень показує також їх закономірний синусоїдальний загасаючий характер: найбільше із значень Smax = 5,26 МПа має місце близько защемлення ближньої центральної опори, максимальні значення Svm = 2,61 МПа виникають в КЕ близько ближньої бічний кромки плити. Порівняння з відповідними значеннями статичних напружень показує, що коефіцієнти динамічності становлять 1,7 і 1,6.

    Завдання побудувати розрахункову модель в даній роботі не ставилася, вона має самостійне значення і свої особливості у зв'язку з використанням САЕ-систем. Практичне освоєння цих систем відкриває принципово нові можливості в проведенні численних експериментів з більш наближеними до дійсності конечноелементнимі моделями. На закінчення відзначимо труднощі відображення змістовної частини аналізу в сформованому стилі вимог до статей, а саме: в ході розрахунків дослідник бачить на екрані монітора кольорові анімації великої кількості картин деформування і графіків зміни будь-яких необхідних параметрів, але це не представляється можливим донести до читача.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. MSC.Nastran 2004. Basic Dynamic Analysis.

    2. NE / Nastran ver. 7.0. Users Manual. Novan Engineering Inc.

    3. Мишич А. І. Рішення задач динаміки конструкцій МСЕ з використанням САЕ-систем / Астрахан. держ. техн. ун-т. - Астрахань, 2005. - 95 с. - Деп. в ВІНІТІ 07.07.2005, № 956. - У 2005.

    отримано 29.12.05

    FINITE ELEMENT ANALYSIS OF DYNAMIC RESPONSE OF TRESTLEWORK

    A. I. Mishichev

    The article has described the problem of dynamic calculations in application to utilizing the latest achievements in communication technologies. The construction of linear and plain elements being taken as a pattern, the process of preparation and solving problems on characteristic oscillations and transient is shown.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити