Введение к работе
В диссертационной работе решена актуальная научная задача, состоящая в совершенствовании адаптации высотных конструкций к экстремальным воздействиям в виде порывов ветра, ударных импульсов, вибрационных нагрузок. Рассматриваются как пассивные схемы противодействия, так и активная схема управления динамическим поведением. Наряду с широким обзором известных работ по теме исследования и детальной разработкой нескольких методов регулирования динамического поведения приводятся рекомендации по внедрению результатов.
Актуальность темы. Вертикально стоящие стержневые системы, имеющие реальное воплощение в виде высотных памятников, антенн, дымовых труб, пилонов висячих и вантовых мостов являются широко применяемыми элементами современных сооружений. К настоящему времени построено и планируется построить значительное количество этих сооружений. Процесс проектирования сталкивается с трудностями оценки динамического поведения этих конструкций, которое изменяется от жесткости, прочности.
Трудности расчета и анализа динамического поведения вызваны возможной сложной схемой взаимодействия с опорным элементом, что приводит к многоточечной краевой задаче. Значительно сложнее решается задача об учете характера нагрузки и деградации свойств материалов. Большие возможности применения сдерживаются трудностями расчета и проектирования.
Ввиду сложности и ответственности стоящих перед проектировщиками задач разрабатываются системы мониторинга. Результаты его являются основой разработки моделей и методов расчетного анализа динамического поведения этих конструкций за короткий промежуток времени, что накладывает определенные ограничения на точность моделей, сложность и реализацию алгоритмов. Такого рода моделирование опирается на широкое использование компьютеров.
При переменных возмущениях возникает необходимость управления колебательными процессами в конструкциях, что еще более усложняет задачу в вычислительном плане. С одной стороны, это усложнение требует уточненной характеристики нагрузок, а с другой - для удобства использования стандартных программ исследуемую математическую модель приводят к стандартному виду, к форме Коши, то есть к системе уравнений первого порядка. Как показал Ю.П.Петров, это преобразование не всегда дает устойчивое решение при вариациях некоторых коэффициентов.
Работа посвящена постановке и решению задачи регулирования динамического поведения высотных конструкций, подвергающихся экстремальным внешним воздействиям с учетом предстоящих процессов деградации.
Целью диссертационной работы является:
- постановка задач регулирования динамического поведения высотных сооружений, аппроксимируемых вертикально стоящими стержнями с использованием специально построенных динамических моделей, учитывающих как прочностные и жесткостные свойства, так и их деградацию;
- построение методик и алгоритмов решения уравнений динамических моделей, описывающих динамическое поведение вертикально стоящих стержней и дающих возможность активно управлять этим поведением;
- численное моделирование динамического поведения вертикально стоящих стержней при различных внешних воздействиях и режимах управления;
- анализ полученных решений с целью выработки рекомендаций по выбору наиболее эффективного способа управления динамическим поведением конструкций, подвергающихся экстремальным внешним воздействиям с учетом деструктивных процессов.
Направление исследований лежит в области применения принципов и методов активного регулирования и управления динамическим поведением элементов конструкций при сложном динамическом воздействии.
Методы исследований включают математическое моделирование динамического поведения вертикальных стержневых систем с использованием алгоритмов регулирования, выражающееся в составлении дифференциальных уравнений движения в соответствии с различными расчетными схемами; решение этих уравнений при различных граничных условиях аналитически и численно с использованием реальных возмущений и алгоритмов регулирования.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием фундаментальных принципов механики деформируемого твердого тела и вытекающих из них гипотез и предположений, контролем выполнения последних в ходе решения задач, использованием надежных численных алгоритмов, корректностью формулировок задач, единым подходом к их решению. В тех случаях, где возможно, проведены сравнения полученных численных результатов с экспериментальными данными.
На защиту выносятся:
- модели динамического поведения вертикально стоящих элементов с учетом экстремальных воздействий, деструктивных процессов и регулирующих воздействий;
- постановка задач активного управления динамическим поведением вертикально стоящих элементов конструкций, оценка живучести и работоспособности элементов конструкций по динамическому отклику на стандартное воздействие;
- методика численного решения задач исследования и управления динамическим поведением вертикально стоящих элементов конструкций, с учетом влияния коррозионного износа на динамическую реакцию;
- анализ результатов решения задач численного исследования колебательных процессов, управления этими процессами.
Научная новизна заключается в следующем:
- выполнен анализ работ, посвященных расчетным моделям высотных сооружений, описанию динамики этих сооружений дифференциальными уравнениями, решению этих уравнений и возможным корректировкам полученных решений с помощью управляющих воздействий;
- сформулированы задачи пассивного и активного управления динамическим поведением элементов высотных конструкций;
- построена методика численного решения поставленных задач, составлены алгоритмы и программы расчетов;
- предложена методика исследования вопросов устойчивости полученных решений.
Практическая полезность диссертационной работы заключается в постановке и решении нового класса задач пассивного и активного управления динамическим поведением высотных сооружений, аппроксимируемых вертикально стоящими стержневыми элементами.
Реализация результатов осуществлена путем представления разработанных компьютерных программ в институт «Проектмостореконструкция» для применения в разработке проектно-конструкторской документации, использования методического пособия по материалам диссертации в учебном процессе кафедры «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Саратовского государственного технического университета (2003-2005 гг.), 3-й Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, ВолгГАСА, 2003), Тринадцатой межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, СамГТУ, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, Мордовский гос. ун-т им. Н.П.Огарева, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (Тула, ТулГУ, 2004), Студенческой научно-практической конференции «Проблемы железно-дорожного транспорта в условиях реформирования отрасли» (Саратов, РГОТУПС, 2004), научных семинарах кафедры «Мосты и транспортные сооружения» СГТУ (2003-2006 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 14 научных работах и одном учебном пособии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и общих выводов по диссертации, списка использованной литературы из 141 наименования, приложения, содержит 31 рисунок в тексте диссертации и 45 графиков в приложении. Общий объем работы 190 страниц.
