Розвиток сучасних промислових виробництв висуває відповідальну і складну задачу охорони населення, обслуговуючого персоналу і навколишнього середовища від аварій. Першорядне значення набуває аналіз можливих відхилень від нормальних експлуатаційних режимів на даних виробництвах і ретельне вивчення можливого розвитку різних аварійних ситуацій, що призводять до динамічних впливів на споруди і знаходження умов руйнування елементів конструкцій. У статті запропонована математична методика знаходження умов руйнування елементів будівельних конструкцій динамічним навантаженням. Для вирішення динамічних задач, використовується варіаційний підхід, заснований на побудові функціоналу розрахунку потужності пружною деформації з урахуванням потужності сил інерції, в контексті із застосуванням сучасних програмних комплексів, що базуються на методі кінцевих елементів. Як приклад розглянуто задачу комп'ютерного моделювання впливу динамічного навантаження, розташованої над центром залізобетонної плити, що дозволяє визначати напружено-деформований стан найпростіших елементів будівельних конструкцій плит. Всі розрахунки проводилися в середовищі ANSYSLS-DYNA. Отримано результати в формі графіків швидкостей деформацій і полів напружень. Проведено порівняння отриманих результатів з аналітичним рішенням аналогічної задачі, наведеної в роботі Г.Т. Володіна.

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Журавльов Геннадій Модестович, Теличко Віктор Григорович, Куріен Микита Сергійович, Гвоздьов Олександр Євгенович, Малий Дмитро Володимирович


Mathematical modeling of structural elements destruction under dynamic load

The development of modern industry puts forward a responsible and complex task of protecting the population, service personnel and the environment from accidents. The analysis of possible deviations from normal operating conditions in these industries and a thorough study of the possible development of various emergency situations that lead to dynamic effects on structures and finding conditions for the destruction of structural elements is of paramount importance. The article proposes a mathematical method for finding the conditions of destruction of structural elements by dynamic loading. To solve dynamic problems, a variational approach is used, based on the construction of a functional for calculating the power of elastic deformation taking into account the power of inertia forces, in the context of using modern software systems based on the finite element method. As an example, the problem of computer modeling of the dynamic load located above the center of the reinforced concrete slab, which allows to determine the stress-strain state of the simplest elements of building structures of plates, is considered. All calculations were performed in ANSYSLS-DYNA environment. The results are obtained in the form of graphs of strain rates and stress fields. The obtained results are compared with the analytical solution of a similar problem presented in the work of G.T. Volodin.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: чебишовських збірник
    Наукова стаття на тему 'МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РУЙНУВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ПІД ДІЄЮ ДИНАМІЧНОЇ НАВАНТАЖЕННЯ'

    Текст наукової роботи на тему «МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РУЙНУВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ПІД ДІЄЮ ДИНАМІЧНОЇ НАВАНТАЖЕННЯ»

    ?чебишовських СБОРНИК

    Том 20. Випуск 4.

    УДК 519.85: 69.059 DOI 10.22405 / 2226-8383-2019-20-4-408-422

    Математичне моделювання руйнування елементів будівельних конструкцій під дією динамічної

    навантаження

    Г. М. Журавльов, В. Г. Теличко, Н. С. Куріен, А. Е. Гвоздьов, Д. В. Малий

    Журавльов Геннадій Модестович - доктор технічних наук, професор, Тульський державний університет (м Тула). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Теличко Віктор Григорович - кандидат технічних наук, доцент кафедри будівництва, будівельних матеріалів і конструкцій, Тульський державний університет (м Тула).

    e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Куріен Микита Сергійович - аспірант, Тульський державний університет (м Тула). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Гвоздьов Олександр Євгенович - доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник кафедри технології та сервісу, Тульський державний педагогічний університет ім. Л. Н. Толстого (р Тула). e-mail: gwozdew. alexandr2013 @ yandex. ru,

    Малий Дмитро Володимирович - старший викладач кафедри технології та сервісу, Тульський державний педагогічний університет ім. Л. Н. Толстого (р Тула). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Анотація

    Розвиток сучасних промислових виробництв висуває відповідальну і складну задачу охорони населення, обслуговуючого персоналу і навколишнього середовища від аварій. Першорядне значення набуває аналіз можливих відхилень від нормальних експлуатаційних режимів на даних виробництвах і ретельне вивчення можливого розвитку різних аварійних ситуацій, що призводять до динамічних впливів на споруди і знаходження умов руйнування елементів конструкцій. У статті запропонована математична методика знаходження умов руйнування елементів будівельних конструкцій динамічним навантаженням. Для вирішення динамічних задач, використовується варіаційний підхід, заснований на побудові функціоналу розрахунку потужності пружною деформації з урахуванням потужності сил інерції, в контексті із застосуванням сучасних програмних комплексів, що базуються на методі кінцевих елементів. Як приклад розглянуто задачу комп'ютерного моделювання впливу динамічного навантаження, розташованої над центром залізобетонної плити, що дозволяє визначати напружено-деформований стан найпростіших елементів будівельних конструкцій плит. Всі розрахунки проводилися в середовищі ANSYSLS-DYNA. Отримано результати в формі графіків швидкостей деформацій і полів напружень. Проведено порівняння отриманих результатів з аналітичним рішенням аналогічної задачі, наведеної в роботі Г. Т. Володіна.

    Ключові слова: динамічне навантаження, функціонал потужності пружною деформації, потужність сил інерції, метод кінцевих елементів, напружено-деформований стан, залізобетон.

    Бібліографія: 26 назви.

    Для цитування:

    Г. М. Журавльов, В. Г. Теличко, Н. С. Куріен, А. Е. Гвоздьов, Д. В. Малий Математичне моделювання руйнування елементів будівельних конструкцій під дією динамічного навантаження // чебишовських збірник. 2019. Т. 20, вип. 4, С. 408-422.

    CHEBYSHEVSKII SBORNIK Vol. 20. No. 4.

    UDC 519.85: 69.059 DOI 10.22405 / 2226-8383-2019-20-4-408-422

    Mathematical modeling of structural elements destruction under

    dynamic load

    G. M. Zhuravlev, V. G. Telichko, N. S. Kurien, A. E. Gvozdev, D. V. Maliv

    Zhuravlev Gennady Modestovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University (Tula). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Telichko Victor Grigorievich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction, Building Materials and Structures, Tula State University (Tula). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Kurien Nikita Sergeevich - Postgraduate Student, Tula State University (Tula). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Gvozdev Aleksander Evgenievich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief researcher of the Chair of Technology and Service, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University (Tula). e-mail: gwozdew. alexandr2013 @ yandex. ru,

    Maliy Dmitry Vladimirovich - Senior Lecturer of the Chair of Technology and Service, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University (Tula). e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Abstract

    The development of modern industry puts forward a responsible and complex task of protecting the population, service personnel and the environment from accidents. The analysis of possible deviations from normal operating conditions in these industries and a thorough study of the possible development of various emergency situations that lead to dynamic effects on structures and finding conditions for the destruction of structural elements is of paramount importance. The article proposes a mathematical method for finding the conditions of destruction of structural elements by dynamic loading. To solve dynamic problems, a variational approach is used, based on the construction of a functional for calculating the power of elastic deformation taking into account the power of inertia forces, in the context of using modern software systems based on the finite element method. As an example, the problem of computer modeling of the dynamic load located above the center of the reinforced concrete slab, which allows to determine the stress-strain state of the simplest elements of building structures of plates, is considered. All calculations were performed in ANSYSLS-DYNA environment. The results are obtained in the form of graphs of strain rates and stress fields. The obtained results are compared with the analytical solution of a similar problem presented in the work of G.T. Volodin.

    Keywords: dynamic loading, functional capacity of elastic deformation, power of the forces of inertia, finite element method, stress-strain state, reinforced concrete.

    Bibliography: 26 titles.

    For citation:

    G. М. Zhuravlev, V. G. Telichko, N. S. Kurien, A. E. Gvozdev, D. V. Maliv, 2019, "Mathematical modeling of structural elements destruction under dynamic load", Chebyshevskii sbornik, vol. 20, no. 4, pp. 408-422.

    1. Введення

    Розвиток ряду сучасних галузей промисловості висуває відповідальну і складну задачу охорони населення, обслуговуючого персоналу і навколишнього середовища від аварій. Першорядне значення набуває аналіз можливих відхилень від нормальних експлуатаційних режимів на даних виробництвах і ретельне вивчення можливого розвитку різних аварійних ситуацій, що призводять до динамічних впливів на споруди.

    При проектуванні будинків і споруд вибухонебезпечних виробництв потрібно враховувати навантаження від динамічного впливу згідно СП 20.13330.2011. Однак розгорнутих роз'яснень щодо визначення навантажень від динамічних дій в цьому нормативному документі немає. У посібниках і різного роду рекомендаціях з розрахунку динамічних впливів представлені спрощені методики не здатні в повній мірі описати процес, що відбувається і його наслідки [1,2].

    Огляд відомих наукових робіт вказує на те, що дослідження в цій області, є нечисленними і недостатньо вивченими, їх незручно застосовувати при вирішенні практичних завдань, відсутні реалізації даних робіт в середовищі сучасних систем кінцево-елементного моделювання, що ставить серйозні бар'єри на шляху вирішення прикладних завдань . Розробкам в цій області присвячені роботи В.М. Аптукова, A.B. Герасимова, Т.М. Саламахіна, Г.Т. Володіна, H.H. Бєлова, Н.Т. Югова, Д.Г. Копаниця, М.А. Лебедєва, В.А. Рижанского, А.Г. Іванова, А.К. Перцева, Ю.І. Кадашевіча, У. Бейкера, H.S. Turkmen, W. Riedel, До. Thoma, S. Hier maier і ін.

    Серед зазначених робіт найкращим чином узгоджуються з експериментальними даними ті з них, в основі яких лежить енергетичний метод розрахунку [3-14]. Однак в них не розглядається детально механізм руйнування - фіксується лише руйнування в небезпечному перерізі, серединної лінії, серединного шару і т.д. Це не дозволяє відстежувати виникнення і поширення зон руйнування по всьому об'єму деформируемой конструкції, в залежності від розташування динамічного навантаження в навколишньому просторі.

    У зв'язку з цим знаходження умов руйнування елементів будівельних конструкцій динамічним навантаженням, з використанням удосконаленої методики розрахунку динамічних задач, заснованого на використанні функціоналу розрахунок потужності пружною деформації з урахуванням потужності сил інерції, в контексті із застосуванням сучасних програмних комплексів заснованих на методі кінцевих елементів (КЕ) являє собою актуальну задачу, особливо в прикладному плані.

    2. Матеріали і методика дослідження

    Аналіз процесів руйнування елементів будівельних конструкцій динамічним навантаженням, з точки зору практичної реалізації показує, що процес теоретично, можна представітьв вигляді суми двох взаємопов'язаних завдань: зовнішньої, коли розглядається задача формування динамічного навантаження, що враховує енергетичні та геометричні характеристики вибухової речовини, і внутрішньої, коли досліджується деформування і руйнування елементів конструкції динамічним навантаженням. Найбільший інтерес представляє дослідження пружного формозміни, що відбувається в елементах конструкції, з метою побудови рішення, яке з урахуванням критерію міцності дозволяє прогнозувати,

    виникає напружено-деформований стан елементів конструкції, а також динаміку її зміни в часі, що дає можливість простежувати освіту і розвиток ділянок руйнування.

    Для знаходження умов руйнування елементів будівельних конструкцій пропонується використання вдосконаленої методики розрахунку динамічних задач, заснованого на використанні енергетичного методу, в контексті із застосуванням сучасних програмних комплексів заснованих на методі кінцевих елементів. Сутність методики розглянемо на прикладі дії навантаження, створюваної динамічним впливом на бетонну плиту. Навантаження повинна бути достатньою для того, щоб прийшла в рух плита руйнувалася при досягненні максимального прогину в першому циклі. Напружено-деформований стан плити враховуємо за допомогою класичних гіпотез Кірхгофа-Лява, внаслідок чого, деформований стан плити в цілому визначається деформованим станом її середнього шару. Граничні умови, задані по контуру незмінні протягом усього процесу деформування, і відповідають способу її закріплення (спирання плити по контуру шарнірне).

    Задана динамічне навантаження діє на центр плити і знаходиться в найближчій області дії, тому тиском навколишнього середовища можна знехтувати. Розподіл питомої імпульсу, створюваного динамічним навантаженням, по поверхні плити визначається функцією [4, 7, 15]

    де% н - нормальна складова, гт - тангенціальна складова питомої динамічного навантаження.

    Тангенціальної складової питомої імпульсу можна знехтувати, в припущенні, що поверхня плити є в достатній мірі гладкою. Тому, розрахунок питомої імпульсу динамічного навантаження будемо проводити тільки з урахуванням нормальної складової.

    Для матеріалу плити приймаються гіпотези про його суцільності, однорідності і ізотропності. У будь-який момент часу при деформації, аж до руйнування, матеріал плити вважаємо пружним і підпорядковується закону Гука, тобто розглядаємо крихке руйнування. При цьому під руйнуванням плити розуміємо втрату її несучої здатності внаслідок появи в ній тріщин, сколів або поділу на фрагменти. Зміна міцності матеріалу плити при високошвидкісному деформування при нормальній температурі не враховуємо. Тепловими втратами, поширення деформаційних хвиль в матеріалі пластини або затухає складової в векторі переміщень точок середнього шару плити нехтуємо.

    Моделювання фізичних процесів динамічного впливу, що знаходиться в ближній області дії до плити розглянемо в деякий певний момент часу. Використовуємо енергетичний метод Т.М. Саламахіна, згідно з яким кінетична енергія, отримана перепоною від імпульсного навантаження, повністю витрачається на роботу деформування аж до руйнування [4].

    Т.М. Саламахін показав [4], що нормальна складова питомої імпульсу динамічного навантаження, що діє на елемент перепони, може бути обчислена, з урахуванням відображення продуктів навантаження і деформування поверхні бетонної плити, за формулою:

    I = і

    гн гт

    (1)

    е = п

    (2)

    де Р (1;) - тиск продуктів дінамічеекого впливу на плиту, I час, що відраховується від моменту зіткнення першої частки потоку продуктів динамічних чеекого впливу з плитою в точці з координатами (х, у) показана на рис. 1.

    У розрахунку використовуємо прямокутну декартову систему координат, осі Ох і Оу помістимо в площину плити, ближньої до розташування заряду, вісь О / направимо вертикально вниз, початок координат помістимо в центрі плити.

    Кінетична енергія с1Е, отримана елементом плити, згідно імпульсного характеру діючої навантаження, обчислюється за формулою [4 |:

    г

    2

    А2Г 2-

    АП ^ *

    (О_ __ _ _2 * __ / д \

    _ 2т _ 2рк [г2 + {х - х *) 2 + {у - у *) 2] 4 1,

    де р - щільність матеріалу плити, - узагальнена характеристика заряду (литий тротил = 400 м / с), С маса заряду.

    Кінетична енергія, отримана плитою, за час дії дінамічеекого впливу навантаження визначається за формулою, отриманої Г.Т. Володіним [6-8]:

    ^ _ АрС1'а [Ь _ (х (у__. .

    _ 2рк] -а] -Ь [? 2 + {х х *) 2 + {у-у *) 2] 4 {}

    Вираз для знаходження роботи пружного деформування, має вигляд

    П_Е Ш 2) [(1 {Р {і, ь, ь))) (6)

    2 (1 - V) |) г

    де Е модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, / г товщина плити, а й Ь половина ширини і довжини плити, Р (мул! лп) - функціонал розрахунок потужності пружною деформації для динамічного натр вудіння, визначається але формулою, наведеною в роботах В. Новацкого [ 16, 17]:

    Р {і, у, т) _ а ^ бе ^ ЛУ - рбщщйУ, (7)

    .?V -IV

    4 -1.2 -1.0 -Е.е -0.Ь Н -0.2 л 3.2

    У /

    / -> -0.2 Л. І * -0.6 -0.6 і -м -1 4

    /

    /

    /

    /

    /

    Мал. 2: Гранична поверхня для бетону

    де / у про ^ Ье ^ ду - потужність пружною деформації, рбщщйУ - потужність сил інерції. Критерій міцності приймемо у вигляді [15]:

    Ег / д2щ + Vду2

    1-Ц2 1 дх2

    Ег / д2щ + V ДХ

    У ду2

    Ох = _ "

    ......................... (8)

    Оу = - 1

    де < 1 _ критерій міцності;

    = 1, 58 - 0, 351о§10? + 0, 07 (log1o г) 2 (див. Рис. 2). (9)

    На основі викладеного вище підходу Г.Т. Володіна і Т.М. Саламахіна [4, 6-8] була вирішена задача деформації плити під дією сферичного заряду (рис. 3). Вихідні дані приймалися такі: розміри плити: а = 2 м; Ь = 2 м; товщі па к = 0,15 м; бетон важкий В25; координати розташування заряду - г * = 0, 8м; х * = 1 м; у * = 1 м; початкова швидкість поширення продуктів вибуху - Ао = 400 м / с; щільність - р = 1620 кг / м3; модуль Юнга Е = 38000 МПа; межа міцності - отах = 26, 3 МПа.

    Отримано наступний рішення максимальний прогин \ у 3,2 мм; маееа заряду, що призводять) до руйнування З 1,4 кг.

    Далі авторами проведена верифікація проведеного розрахунку в середовищі АХБУБ за допомогою методу скінченних елементів (рис. 4).

    Одним з перспективних методів вивчення механізму руйнування динамічним навантаженому є застосування математичного моделювання, в основі якого покладено метод скінченних елементів (МСЕ). В даний час МСЕ один з найбільш розроблених методів, що дозволяють моделювати явища і процеси з максимальним їх наближенням до реальності. Теоретичні основи МСЕ добре освітлені в роботу зарубіжних дослідників, серед яких варто відзначити праці К.-Ю. Баті, Е. Вілсона, Р. Галлагера, О. Зенкевича, Л. Сегерлінда і ін. [18-22].

    Застосування засобів чисельного моделювання дозволяє досліджувати процеси і явища, вивчення яких на практиці, в силу тих чи інших причин, не представляється можливим або економічно недоцільно, а також мінімізувати витрати, уточнювати теорію,

    перевіряти висновки і отримувати більш повне наочне уявлення про суть явищ, що відбуваються.

    Незважаючи на всю розвиненість математичного апарату і комп'ютерних технологій, на сьогоднішній день існує не так багато верифікованих програмних продуктів, що дозволяють з високим ступенем достовірності моделювати процеси, що відбуваються при динамічних зації навантаженні.

    Лідером в області розробки програмних рішень є компанія АКБУБ з програмними продуктами Т. ПУХ А і АСТ () ПУ \. У даній роботі для моделювання процесу дінамічеекого руйнування плити використовувалося ліцензійне програмне забезпечення системи інженерного аналізу АКБУБ 1.5-Пуха.

    Розробка моделі руйнування плити в А \ 5УПУ \ А велася по ряду причин:

    компанія АКБУБ є одним зі світових лідерів в області комп'ютерного моделювання, в основі якого покладено метод кінцевих елементів, а її власні продукти є добре верифікованими в різних галузях виробництва (в тому числі такими визнаними на міжнародному рівні установами як РААБН) і знаходять своє застосування на багатьох передових підприємствах промисловості і наукових установах;

    Т.Я-Пуха є відносно простим в освоєнні, а його користувальницький інтерфейс дає можливість в стислі терміни редагувати елементи моделі і отримувати наочні результати;

    серед аналогів модулю 1.5-Пуха практично немає рівних за розрахунковими можливостям, які найбільш повно, при всіх інших рівних умовах, відображають фізику досліджуваного явища, що багаторазово підтверджено накопиченим світовим досвідом у використанні даного продукту [23, 24].

    Обчислення функціоналів проводимо з використанням програмного модуля Т. Я-ПУХ А. представляє багатоцільовий кінцево-елементний комплекс, призначений для аналізу високо нелінійних і швидкоплинних процесів в задачах механіки твердого та рідкого тіла. 1.5-Пуха представляє можливість ефективного чисельного моделювання високо нелінійних термомеханічних процесів. Чисельне моделювання актуально для матеріалу, що мають) різну гетерофазна структуру.

    В роботі здійснено розрахунок бетонної плити з ізотропного матеріалу мають) Е = 38000 МПа - модуль Юнга, V _ 0, 2 - коефіцієнт Пуассона. Розрахунок проводиться з метою порівняння отриманих чисельних результатів з результатами, отриманими в роботах Г.Т. Володіна [6-8] на предмет перевірки адекватності роботи програми.

    Т5МДО

    Мал. 4: КЕ модель розв'язуваної задачі

    Міцність плити описується моделлю RHT моделлю міцності (Riedel-Hiermaier-Thoma), розробленої спеціально для високошвидкісного деформування залізобетону. Дана модель є модульною, і описує поведінку упругопластічеекого тіла з зміцненням. У зв'язку з громіздкістю математичних викладок, в даній роботі не представляється можливим привести повний опис моделі. Дана модель повно описано в роботах авторів [25, 26].

    На рис. 5-7 показана схема деформованої плити і графік переміщення характерних точок (мм) в часі (с).

    В результаті комп'ютерного моделювання встановлено:

    1 максимальний прогин пластини відповідно до підходом Т.М. Саламахіна / Г.Т. Володіна w 3,21 мм.

    2 Максимальний прогин, отриманий за допомогою кінцево-елементного моделювання в програмному комплексі LS-DYNAw 2,94 мм.

    Проведено порівняння величини прогину, отриманого і в роботі по методиці розрахунку Г.Т. Володіна, розбіжність склала 0,27 мм або менше 10%, що підтверджує адекватність роботи програми і підтверджує правильність вибору математичного забезпечення для автоматизації розрахунків.

    Таким чином можна зробити висновок, що перебування умов руйнування елементів будівельних конструкцій динамічним навантаженням виконано, з використанням удосконаленої методики розрахунку динамічних задач, заснованого на використанні функціоналу потужності пружною деформації з урахуванням потужності сил інерції, в контексті із застосуванням сучасних програмних комплексів, заснованих на методі кінцевих елементів, що дозволяє проводити розрахунки і математичне моделювання впливу різних чинників при розробці нових конс рукций, що працюють в умовах дінамічсского навантаження.

    Мал. 5: Загальний вид схеми

    ГсШЕчЬіті ^ о: 2 |

    ТТГ »| 1 ^ '. 1ГЛП1П ..-' 1.Г. - П1-.

    Тшг -Йй:

    ьйЗщЕйш! ь.

    Йкй'гн1

    I

    1.ІІ

    1.1І1

    адаа

    А.К.? ?? Г) Й І №

    1І ^? ЙПЁгг-

    нінмямнр

    шип

    I "ЯН Ш ': 1П1

    . | 1Н | - з. :

    віімм

    ?1

    ||яншннвнн

    {ШПРНННВ ШШЩЩ '1

    ч|||||іI

    ?пп ^ шя

    Мал. 6: Вид згори і характерні точки для плити

    Мал. 7: Графік переміщень в залежності від часу для центру плити

    JH.ni ток

    Мал. 8: Конструктивна схема з армуванням

    Як приклад далі в розвитку пропонованого підходу, здійснено розрахунок залізобетонної плити (рис. 8), що складається з металевого арматурного каркаса (арматури) має Е = 260000 МПа - модуль Юнга, V = 0, 3 - коефіцієнт Пуассона, і бетону, що має Е = 38000МПа - модуль Юнга, V = 0, 2 - коефіцієнт Пуассона.

    На рис. 9-10 показана деформована схема плити, в тому числі окремо для арматури.

    На рис. 11 показані графіки переміщення характерних точок (мм) в часі (с).

    3. Висновок

    Основні наукові і практичні результати полягають у наступному.

    Знайдено умови руйнування елементів будівельних конструкцій динамічним навантаженому, з використанням удосконаленої методики розрахунку динамічних задач. Методика заснована на розрахунку функціоналу потужності пружною деформації з урахуванням сил інерції і критерію міцності, що дозволяє прогнозувати виникає напружено-деформований стан елементів конструкції, динаміку її зміни в часі і дає можливість аналізувати освіту та розвиток вогнищ руйнування.

    Застосуванням сучасних програмних комплексів (поставлених спільно з АХБУБ програмне забезпечення ЬБ бухати), заснованих на методі кінцевих елементів забезпечує надійні і достовірні результати, підвищує рівень автоматизації проведених розрахунків, покращує ефективність роботи інженерів-будівельників при проектуванні споруд. Встановлено, що програмний комплекс Т, Я-ПУХ А в поєднанні з моделлю бетону ИНТ на відміну від існуючих теоретичних моделей, дозволяє легко і ефективно враховувати різні додаткові фактори, такі як армування і фізичну нелінійність матеріалів, а також складну конфігурацію споруд і розташування зовнішньої динамічної навантаження.

    Мал. 9: Деформована схема плити з урахуванням арматури в нлан

    Мал. 10: Схема деформованої арматури в плиті

    Мал. 11: Графік переміщень в залежності від часу для центру армованої плити

    СПИСОК цитованої літератури

    1. Колчетков К.Є., Котляревський В.А., Забігаєв A.B. Аварії і катастрофи. Попередження і ліквідація наслідків. Книга 1. М .: Изд-во АСВ. 1995. 320 с.

    2. Баженов Ю.М. Бетон при динамічному навантаженні. - М.: Стройиздат, 1970. 271 с.

    3. Фізика вибуху / Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, перероблене. - У 2 т. Т.1.- М .: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 832 с.

    4. Саламахін Т.М. Фізичні основи механічної дії вибуху та методи визначення вибухових навантажень. М .: ВІА, 1974. 255 с.

    5. Кук М.А. Наука про промислові вибухові речовини / М.А. Кук.- М .: Недра, 1980. 455 с.

    6. Володін Г.Т., Новиков A.C. Геометрична нелінійність в задачах руйнування Оболо-Чечня конструкцій взривом.Тула: Известия ТулГУ. Технічні науки. 2014. Вип. 3. С. 94-103

    7. Володін Г.Т., Новиков A.C. Енергетичний метод в задачах руйнування елементів конструкцій вибуховий навантаженням // Известия ТулГУ. Технічні науки. 2017. Вип. 6. С. 243-255

    8. Володін Г.Т., Новиков A.C. Про проблему гарантованого руйнування оболонкових конструкцій вибухом неконтактних зарядів конденсованих ВВ // Вісник ТулГУ. Сер. Диференціальні рівняння і прикладні завдання. 2013. Вип. I. С. 40-47

    9. Журавльов Г.М., Гвоздьов А.Е., Калінін О.М., Кузовлева О.В., Агєєв О.В., Куріен І.С. Руйнування пластини вибуховий навантаженням. Журнал «Известия Південно-Западн. державного університету ». Курськ, Том 7, № 3 (24). 2017. З 24-42

    10. Makarov E.S., Cheglov A.E., Gvozdev A.E., Zhuravlev G.M., Sergeev N.N., Kazakov M.Y .. Breki A.D. Power required in the plastic deformation of metallic powder materials. Steelin-Translation, 2018. Vol. 48, № 9, pp. 597-602

    11. Куріен І.С. Властивості і руйнування матеріалів під впливом ударного навантаження. Доповіді 6-я Міжнародна науково-практична конференція молодих вчених і студентів ДОСВІД МИНУЛОГО - ПОГЛЯД У МАЙБУТНЄ. ТулГУ, біту, ДНТУ. м Тула, 2 - 3 листопада 2016 р С. 387-392.

    12. Журавльов Г.М., Куріен Н.С. Постановка завдання математичного моделювання вибухо-востойкості і гарантованого руйнування пластин вибуховий навантаженням // Науково-технічний журнал. Фундаментальні та прикладні проблеми техніки і технології. Вид-во ОДУ ім. І.С. Тургенєва р Орел, № 2. 2017, С. 56-63

    13. Журавльов Г.М., Куріен Н.С. Математичне моделювання вибухового впливу в ANSYS / AUTODYN // Збірник матеріалів XX Міжнародної конференції "Актуальні проблеми будівництва, будівельної індустрії і архітектури Тула: Изд-во ТулГУ, 2019, С. 191

    14. Журавльов Г.М., Куріен Н.С. Математичне моделювання вибухового впливу неконтактного заряду на ізотропну бетонну плиту // Збірник матеріалів XX Міжнародної конференції "Актуальні проблеми будівництва, будівельної індустрії і архітектури Тула: Изд-во ТулГУ, 2019, С.194

    15. Баландін П.П. До питання про гіпотези міцності // Вісник інженерів і техніків. 1937. т. С.12-36.

    16. Новацький В. Теорія пружності. М .: Мир. 1975. 872 с.

    17. Новацький В. Динамічні задачі термопружності. М .: Мир. 1970. 436 с.

    18. Баті К.Ю. Методи кінцевих елементів / К.Ю. Баті. М .: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 1024 з.

    19. Баті К. Чисельні методи аналізу та метод кінцевих елементів / К. Баті, Е. Вілсон. М .: Стройиздат, 1982. 448 с.

    20. Зенкевич О. Метод кінцевих елементів в техніці / О. Зенкевич. М .: Світ, 1975. 543 с.

    21. Галлагер Р. Метод кінцевих елементів. Основи / Р. Галлагер. М .: Світ, 1984. 428 с.

    22. Сегерлінд Л. Застосування методу кінцевих елементів / Л. Сегерлінд. М .: Світ, 1979. 392 с.

    23. Moxnes J.F. et al. (2014 року) Experimental and numerical study of the fragmentation of expanding warhead casings by using different numerical codes and solution technics. Defence Technology, vol. 10, pp. 161-176.

    24. Tham C.Y. (2005) Reinforced concrete perforation and penetration simulation using Autodvn 3D. Finite Elements in Analysis and Design, vol. 41, pp. 1401-1410.

    25. Riedel W. (2000) Betonun terdvnamis chenlasten, Meso- und makrome chanisc hemodelle und ihre parameter. Ph. D thesis, EMI-Bericht, 220 p.

    26. Riedel W., Thoma K., Hiermaier S. Schmolinske E. (1999) Penetration of reinforced concrete by BETA-B-500. Numerical analysis using a new macroscopic concrete model for hvdrocodes. Proceeding of 9th international symposium on interaction of the effects of munitions with structures. Berlin, pp. 315-322.

    REFERENCES

    1. Kochetkov, К. E., Kotlvarevskv, V. A., Zabegaev, A. V., 1995, "Accidents and catastrophes. Prevention and elimination of consequences" [Avarii i katastrofv. Preduprezhdenie i likvidaciva posledstvij], Moscow, Izd-vo ACV, 320 p.

    2. Bazhenov, Yu. M., 1970, "Concrete under dynamic loading" [Beton pri dinamicheskom nagruzhenii], Moscow, Izd-vo Strojizdat, 271 p.

    3. Orlenko, L. P., 2002 "Physics of explosion" [Fizika vzryva], Moscow, FIZMATLIT, vol. 1, 832 p.

    4. Salamakhin, Т. M., 1974, "The physical basis of the mechanical actions of explosion and methods of calculation of explosive loads" [Fizicheskie osnovv mekhanicheskogo dejstviva vzryva i metodv opredeleniva vzrvvnvh nagruzok], Moscow, Izd-vo VIA, 255 p.

    5. Cook, M. A., 1980, "The science of industrial explosives" [Nauka про promyshlennvh vzrvvchatvh veshchestvah], Moscow, Izd-vo Nedra, 455 p.

    6. Volodin, G. Т., Novikov, A. C., 2014 року, "Geometric nonlinearitv in problems of destruction of shell structures by explosion" [Geometricheskava nelinejnost 'v zadachah razrusheniva obolochechnvh konstrukcij vzrvvom], Izvestiva TulGU. Tekhnicheskie nauki, No. 3, pp. 94-103.

    7. Volodin, G. T., Novikov, A. C. 2017, "Energy method in problems of structural elements destruction by explosive load" [Energeticheskij metod v zadachah razrusheniva elementov konstrukcij vzrvvnoj nagruzkoj], Izvestiva TulGU. Tekhnicheskie nauki, No. 6, pp. 243-255.

    8. Volodin, G. T., Novikov, A. C., 2013, "On the problem of guaranteed destruction of shell structures by explosion of non-contact charges of condensed" [O probleme garantirovannogo razrusheniva obolochechnvh konstrukcij vzrvvom nekontaktnvh zarvadov kondensirovannvh VV], Vestnik TulGU. Ser. Differencialnve uravneniva i prikladnve zadachi, vol. 1, pp. 40-47.

    9. Zhuravlev, GM, Gvozdev, AE, Kalinin, AN, Kuzovleva, OV, Ageev, EV, Kurvan, NS 2017, "Plate Destruction by explosive load" [Razrushenie plastinv vzrvvnoj nagruzkoj], Izvestiva Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta, vol . 7, No. 3 (24), pp. 24-42.

    10. Makarov, ES, Cheglov, AE, Gvozdev, AE, Zhuravlev, GM, Sergeev, NN, Kazakov, MV, Breki, AD, 2018, "Power required in the plastic deformation of metallic powder materials", Steel in Translation, vol . 48, No. 9, pp. 597-602.

    11. Kurien, NS, 2016, "Properties and destruction of materials under impact load" [Svojstva i razrushenie materialov pod vozdejstviem udarnoj nagruzki], 6th international scientific and practical conference of young scientists and students EXPERIENCE of the PAST-a LOOK into the FUTURE , Tula, pp. 387-392.

    12. Zhuravlev, GM, Kurin, NS 2017, "Statement of the problem of mathematical modeling of explosion resistance and guaranteed destruction of plates by explosive load" [Postanovka zadachi matematicheskogo modelirovaniva vzrvvostojkosti i garantirovannogo razrusheniva plastin vzrvvnoj nagruzkoj], Fundamental'nve i prikladnve problemv tekhniki i tekhnologii, Orel, Izd-vo OGU im. I. S. Turgeneva, No. 2, pp. 56-63.

    13. Zhuravlev, GM, Kurin, NS, 2019, "Mathematical modeling of explosive impact in ANSYS / AUTODYN" [Matematicheskoe modelirovanie vzrvvnogo vozdejstviva v ANSYS / AUTODYN], proceedings of the XX International conference "Actual problems of construction, construction industry and architecture ", Tula, Izd-vo TulGU, p. 191.

    14. Zhuravlev, GM, Kurin, NS, 2019, "Mathematical modeling of the explosive effect of a non-contact charge on an isotropic concrete slab" [Matematicheskoe modelirovanie vzrvvnogo vozdejstviva nekontaktnogo zarvada na izotropnuvu betonnuvu plitu], proceedings of the XX International conference "Actual problems of construction, construction industry and architecture", Tula, Izd-vo TulGU, p. 194.

    15. Balandin, P. P., 1937, "On the hypothesis of strength" [K voprosu o gipotezah prochnosti], Bulletin of engineers and technicians, No. 1, pp. 12-36.

    16. Novatskv, V., 1975, "Theory of elasticity" [Teoriva uprugosti], Moscow, Izd-vo Mir, 872 p.

    17. Nowacki, V., 1970, "Dynamic problems of thermoelasticitv" [Dinamicheskie zadachi termo-uprugosti], Moscow, Izd-vo Mir, 436 p.

    18. Bathe, K. Y., 2010 "Finite element Methods" [Metodv konechnvh elementov], Moscow, Izd-vo FIZMATLIT, 1024 p.

    19. Bathe, K.Y., 1982, "Numerical methods of analysis and finite element method" fChislennve metodv analiza i metod konechnvh elementov], Moscow, Izd-vo Strojizdat, 448p.

    20. Zenkevich, O., 1975, "Finite element Method in engineering" [Metod konechnvh elementov v tekhnike], Moscow, Izd-vo Mir, 543 p.

    21. Gallagher, R., 1984, "Finite element Method. Basics" [Metod konechnvh elementov. Osnovv], Moscow, Izd-vo Mir, 428 p.

    22. Segerlind, L., 1979, "Application of the finite element method" [Primenenie metoda konechnvh elementov], Moscow, Izd-vo Mir, 392 p.

    23. Moxnes, J. F. et al., 2014 року, "Experimental and numerical study of the fragmentation of expanding warhead casings by using different numerical codes and solution technics", Defence Technology, vol. 10, pp. 161-176.

    24. Tham, C. Y., 2005, "Reinforced concrete perforation and penetration simulation using Autodvn 3D". Finite Elements in Analysis and Design, vol. 41, pp. 1401-1410.

    25. Riedel, W., 2000., "Betonun terdvnamis chenlasten, Meso- und makrome chanisc hemodelle und ihre parameter", Freiburg, Breisgau, EMI-Bericht, 220 p.

    26. Riedel, W., Thoma, K., Hiermaier, S., Schmolinske, E., 1999, "Penetration of reinforced concrete by BETA-B-500. Numerical analysis using a new macroscopic concrete model for hvdrocodes", proceeding of 9th international symposium on interaction of the effects of munitions with structures, Berlin, pp. 315-322.

    Отримано 17.10.2019 р.

    Прийнято до друку 20.12.2019 р.


    Ключові слова: динамічного навантаження / Функціонал ПОТУЖНОСТІ пружної деформації / ПОТУЖНІСТЬ СИЛ ІНЕРЦІЇ / МЕТОД КІНЦЕВИХ ЕЛЕМЕНТІВ / НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН / ЗАЛІЗОБЕТОН

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити