Численное моделирование технических средств защиты сооружений от взрывных воздействий Попов Александр Александрович

Введение к работе

Актуальность работы. В настоящее время вопросам безопасности энергетических сооружений от взрывных воздействий уделяется большое внимание Это связано с увеличением человеческого фактора в создании техногенной чрезвычайной ситуации от взрывных воздействий Статистика аварий и катастроф последних лет показывает, что назрела острая необходимость увеличения безопасности энергетических сооружений от взрывных воздействий Безопасность энергетических сооружений играет очень большую роль, как в экономике нашей страны, так и в экономике многих государств нашей планеты Проблема безопасности сооружений от взрывных воздействий включает большой перечень задач, которые необходимо решить Одной из главных задач обеспечивающих безопасность сооружений от взрывных воздействий является определение волновых напряжений в сооружении с окружающей средой Для обеспечения безопасности энергетических сооружений при взрывных 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 В работе применяется один из возможных технических средств защиты сооружений от взрывных воздействий - полости в окрестности предполагаемого сооружения Взрывное 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 взрывных воздействий, является актуальной фундаментальной и прикладной научной задачей

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

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

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

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

4. Матрицу упругости выразить через скорость продольной волны, скорость поперечной волны 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 взрывном воздействии на упругую полуплоскость с полостями и без них

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

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

14. Решение задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости без полости на предполагаемое сооружение

15. Решение задачи о воздействии сосредогаченной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к четырем)

16. Решение задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к восьми)

17. Решение задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью в виде прямоугольника (соотношение 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 взрывных воздействиях на сооружения Основные соотношения метода конечных элементов получены с помощью принципа возможных перемещений Матрица упругости выражена через скорость продольной волны, скорость поперечной волны и плотность

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

3. Уменьшение влияния разрывов в аппроксимации взрывного воздействия увеличивает точность результатов численного решения полученных с помощью метода конечных элементов в перемещениях Отсюда можно

утверждать, что на точность численного решения оказывает влияние аппроксимация воздействия.

4. Решена задача о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости без полости на предполагаемое сооружение

5. Решена задача о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью (соотношение ширины к высоте один к четырем) Полость, с соотношением ширины к высоте один к четырем, уменьшает величину упругого растягивающего контурного напряжения о_к в 2,35 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к четырем, уменьшает величину упругого сжимающего контурного напряжения а_к в 5,52 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к четырем, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения а_х в 1,62 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к четырем, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения а_х в 4,93 раза

6. Решена задача о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью (соотношение ширины к высоте один к восьми) Полость, с соотношением ширины к высоте один к восьми, уменьшает величину упругого растягивающего контурного напряжения ст_к в 4,37 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к восьми, уменьшает величину упругого сжимающего контурного напряжения ст_к в 11,04 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к восьми, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения б\ в 3,36 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к восьми, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения о\ в 9,87 раза

7. Решена задача о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью (соотношение ширины к высоте один к двенадцати) Полость, с соотношением ширины к высоте один к двенадцати, уменьшает величину упругого растягивающего контурного напряжения о_к в 6,65 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к двенадцати, уменьшает величину упругого сжимающего контурного напряжения ст_к в 13,5 раза Полость, с соотношением ширины к высоте один к двенадцати, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения о_х в 5,87 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к двенадцати, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения а_х в 12,33 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

взрывных 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 взрывных волн в упругой полуплоскости, с результатами аналитического решения, показало хорошее качественное и количественное согласование

Основные научные положения. Автором защищаются основные научные положения

1. Методика, алгоритм и комплекс программ для решения линейных двумерных плоских задач, которые позволяют решать сложные задачи при взрывных воздействиях на сооружения.

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

3. Численное исследование задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости без полости на предполагаемое сооружение

4. Численное исследование задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью (соотношение ширины к высоте один к четырем).

5. Численное исследование задачи о воздействии сосредоточенной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью (соотношение ширины к высоте один к восьми)

6. Численное исследование задачи о воздействии сосредо юченной взрывной волны на свободной поверхности упругой полуплоскости с полостью (соотношение ширины к высоте один к двенадцати)

Апробация работы. Отдельные результаты и работа в целом доложены

1 На X, XI, XII, ХШ и XIV Международной конференции «Проблемы
управления безопасностью сложных систем» (Москва, ИПУ РАН, 2002,

2003, 2004, 2005 И 2006)

2 На Всероссийской научно-практической конференции «Техносферная
безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (Ростов-на-Дону -
Шепси, Ростовский государственный строительный университет, 2003,

2004, 2005 и 2006)

3. На Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и экология технологических процессов и производств» (Персияновка, Донской государственный аграрный университет, 2004, 2005 и 2006)

4. На XLII и XLIII Всероссийской научной конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии Секции физики (Москва, РУДН, 2006 и 2007)

5 На Международном семинаре «Проблемы безопасности сложных систем»

(Москва, РУДН, 2005 и 2006)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 31 работа

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы Основное содержание изложено на 180 страницах, в том числе текста 81 страница, рисунков 72 страницы и списка литературы 27 страниц из 218 наименований

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

Численное моделирование технических средств защиты сооружений от сейсмических воздействийФедоров Андрей Леонидович

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