Численное моделирование технических средств защиты сооружений от сейсмических воздействий Федоров Андрей Леонидович

Введение к работе

Актуальность работы. В последние годы в нашей стране и за рубежом уделяется большое внимание проблемам безопасности и надежности энергетических сооружений при сейсмических воздействиях Разрушение сооружений может привести к материальному ущербу, во много раз превосходящему стоимость самого сооружения, большим человеческим жертвам, тяжелым экологическим последствиям Проблема безопасности энергетических сооружений включает большой перечень задач, которые необходимо решить Одной из главных задач обеспечивающих безопасность энергетических сооружений является определение волновых напряжений в сооружении Повышение требований к надежности и экономичности энергетических сооружений в районах высокой сейсмичности обусловливает совершенствование существующих методов расчета Это возможно на основе применения математических моделей и методов волновой механики деформируемых сред, в данном случае моделей и методов волновой теории упругости Для обеспечения безопасности энергетических сооружений при сейсмических воздействиях назрела необходимость применять различные технические средства, которые могли помочь управлять напряженным состоянием Управление волновым напряженным состоянием в настоящее время, возможно, осуществить с помощью методов численного моделирования рассматриваемого сооружения с окружающей средой В работе применяется один из возможных технических средств защиты сооружений от сейсмических воздействий - полости в окрестности предполагаемого сооружения Сейсмическое волновое воздействие, на своем пути встречая полость, будет ее обходить и тем самым терять энергию На основании изложенного можно утверждать, что постановка задачи, разработка методики и реализация алгоритма численного моделирования, технических средств защиты сооружений от волновых сейсмических воздействий, является актуальной фундаментальной и прикладной научной задачей

Целью работы, является численное моделирование полостей в окрестности сооружений для защиты от сейсмических воздействий Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1. Постановка двумерной плоской динамической задачи теории упругости при сейсмических воздействиях

2. Решение двумерной плоской динамической задачи теории упругости при сейсмических воздействиях с помощью численного метода

3. Получение основных соотношений метода конечных элементов в перемещениях для решения задачи о сейсмических воздействиях в сложных системах.

4. Матрицу упругости выразить через модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность

5. Определение основных соотношений для треугольного конечного элемента

6. Определение основных соотношений для прямоугольного конечного элемента

7. Определение основных соотношений для вектора напряжений

8. Определение напряжения на контуре свободном от нагрузок

9. Интегрирование системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка с начальными условиями

10. Исследование устойчивости двумерной явной двухслойной конечноэлементной линейной схемы в перемещениях для внутренних и граничных узловых точек на квазирегулярных сетках с помощью вычислительного эксперимента

11. Разработка алгоритма и составление комплекса программ для решения задачи о сейсмическом воздействии на упругую полуплоскость с полостями и без них

12. Численное исследование задачи о распространении плоских продольных сейсмических волн в упругой полуплоскости

13. Сопоставление с результатами аналитического решения на фронте плоской продольной волны для плоского напряженного состояния

14. Решение задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны параллельной свободной поверхности упругой полуплоскости на предполагаемое сооружение

15. Решение задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью в виде прямоугольника (соотношением ширины к высоте один к четырем)

16. Решение задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью в виде прямоугольника (соотношением ширины к высоте один к восьми).

17. Решение задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью в виде прямоугольника (соотношением ширины к высоте один к двенадцати)

Научная новизна работы.

1. На основе метода конечных элементов в перемещениях разработаны методика, алгоритм и комплекс программ для решения линейных двумерных плоских задач, которые позволяют решать сложные задачи при сейсмических воздействиях на сооружения Основные соотношения метода конечных элементов получены с помощью принципа возможных перемещений. Для определения основных соотношений метода конечных элементов используется матрица упругости выраженной через модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность

2. Сравнение результатов нормальных напряжений, полученных с помощью метода конечных элементов в перемещениях, при решении задачи о распространении плоских продольных сейсмических упругих волн в полуплоскости с результатами аналитического решения, показало хорошее совпадение

3. На основании проведенных исследований можно сделать вывод о физической достоверности результатов численного решения полученных, с помощью метода конечных элементов в перемещениях, при решении задач о распространении сейсмических волн в упругих деформируемых гелах

4. Решена задача о воздействии плоской продольной сейсмической волны параллельной свободной поверхности упругой полуплоскости без полости на предполагаемое сооружение

5. Решена задача о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью (соотношение ширины к высоте один к четырем) Полость, с соотношением ширины к высоте один к четырем, уменьшает величину сжимающего контурного напряжения <т_к в 1,35 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к четырем, уменьшает величину сжимающего нормального напряжения о_х в 1,55 раза

6. Решена задача о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью (соотношение ширины к высоте один к восьми) Полость, с соотношением ширины к высоте один к восьми, уменьшает величину сжимающего контурного напряжения а_к в 2,84 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к восьми, уменьшает величину сжимающего нормального напряжения о_х в 2,8 раза

7. Решена задача о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью (соотношение ширины к высоте один к двенадцати) Полость, с соотношением ширины к высоте один к двенадцати, уменьшает величину сжимающего контурною напряжения а_к в 9,56 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к двенадцати, уменьшает величину сжимающего нормального напряжения ст_х в 10,52 раза.

Практическая ценность работы.

1. Методика и результаты решенных задач рекомендуются для использования в научно-технических организациях, специализирующихся в области защиты сооружений с помощью технических средств от сейсмических воздействий

2. Проведенные в работе исследования имеют как фундаментальное, так и прикладное значение

Достоверность результатов. Сравнение результатов нормальных напряжений, полученных с помощью метода конечных элементов в перемещениях, при решении задачи о распространении плоских продольных сейсмических упругих волн в полуплоскости, с результатами аналитического решения, показало хорошее качественное и количественное согласование

Основные научные иоложения. Автором защищаются основные научные положения 1 Методика, алгоритм и комплекс программ для решения линейных

двумерных плоских задач, которые позволяют решать сложные задачи при

сейсмических воздействиях на сооружения

2. Численное исследование задачи о распространении плоских продольных сейсмических упругих волн в полуплоскости Сравнение с результатами аналитического решения

3. Численное исследование задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны параллельной свободной поверхности упругой полуплоскости без полости на предполагаемое сооружение

4. Численное исследование задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью (соотношение ширины к высоте один к четырем)

5. Численное исследование задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью (соотношение ширины к высоте один к восьми)

6. Численное исследование задачи о воздействии плоской продольной сейсмической волны на упругую полуплоскость с полостью (соотношение ширины к высоте один к двенадцати)

Апробация работы. Отдельные результаты и работа в целом доложены

1. На XII Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, ИТТУ РАН, 2004)

2. На Всероссийской научно-практической конференции «Гехносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (Ростов-на-Дону -Шепси, Ростовский государственный строительный университет, 2004)

3. На Всероссийской научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (Ростов-на-Дону -Шепси, Ростовский государственный строительный университет, 2004)

4. На Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и экология технологических процессов и производств» (Персияновка, Донской государственный аграрный университет, 2005)

5. На Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и экология технологических процессов и производств» (Персияновка, Донской государственный аграрный университет, 2005)

6. На Всероссийской научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (Ростов-на-Дону -Шепси, Ростовский государственный строительный университет, 2005)

7. На XIII Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, ИПУ РАН, 2005).

8. На Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (Москва, РУДН, 2005)

9. На Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (Москва, РУДН, 2005)

10. На Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (Москва, РУДН, 2005)

11 На XLII Всероссийской научной конференции по проблемам математики,
информатики, физики и химии Секции физики (Москва, РУДН, 2006)

12. На Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и экология технологических процессов и производств» (Персияновка, Донской государственный аграрный университет, 2006)

13. На Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (Москва, РУДН, 2006)

14. На Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем» (Москва, РУДН, 2006)

15. На XIV Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва, ИЛУ РАН, 2006)

16. На Всероссийской научно-практической конференции «Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (Ростов-на-Дону -Шепси, Ростовский государственный строительный университет, 2006)

17. На XLIII Всероссийской научной конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии Секции физики (Москва, РУДН, 2007) Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех

глав, заключения и списка литературы Основное содержание изложено на 209 страницах, в том числе текста 81 страница, рисунков 99 страниц и списка литературы 29 страниц из 229 наименований

Похожие диссертации на Численное моделирование технических средств защиты сооружений от сейсмических воздействий

Численное моделирование технических средств защиты сооружений от взрывных воздействийПопов Александр Александрович

Численное моделирование безопасности сооружений неглубокого заложения при внешних взрывных воздействияхСазонов, Константин Борисович

Математическое моделирование безопасности сооружений с грунтовой и воздушной средами при сейсмических воздействияхСитник Светлана Владимировна

Управление безопасностью окружающей среды с помощью полостей при взрывных воздействиях в сооружениях неглубокого заложенияКуранцов Виктор Аркадьевич

Математическое моделирование защиты окружающей среды от взрывных воздействий на объектах хранения опасных веществШиянов, Сергей Михайлович

Математическое моделирование безопасности окружающей среды при динамических воздействиях на фундамент машинКуранцов, Валентин Викторович

Математическое моделирование безопасности некоторых объектов речного порта при взрывных воздействияхШепелина, Полина Валерьевна

Особенности минно-взрывных повреждений при использовании специальных средств защиты сапера (экспериментальное исследование)Анисин, Алексей Владимирович

АВТОРЕФ..Развитие теории, разработка средств защиты и поиска несимметричных повреждений в распределительных сетях горных предприятийШкрабец Федор Павлович

Пресечение наркотрафиков в места лишения свободы как средство предотвращения чрезвычайных ситуацийЧистяков Игорь Николаевич