Введение к работе
з Актуальность темы диссертации
Проблема устойчивости колебаний сооружений, вызванных ветровой нагрузкой, привлекает всё большее внимание инженерного сообщества. Колебания конструкций, возбуждаемые ветровым потоком, могут явиться причиной нарушения их нормальной эксплуатации, а в некоторых случаях стать причиной аварийной ситуации. В работе принципиальные вопросы устойчивости систем рассматриваются на примере висячих и вантовых мостов, которые, как известно, обладают целым рядом технических, экономических и эстетических достоинств. Большая протяжённость мостов, низкие частоты собственных колебаний, малые значения логарифмических декрементов колебаний делают их особо чувствительными к ветровому воздействию, которое может стать причиной аэродинамической потери устойчивости. Учёт действительного характера случайной нагрузки позволяет максимально приблизить математическую модель, используемую в расчётах, к реальному сооружению, а применение производительных компьютеров в сочетании с современными универсальными программными комплексами для расчётов методом конечных элементов позволяет наиболее обоснованно подойти к решению задач при проектировании и строительстве ответственных сооружений.
Работа выполнялась в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований №06-01-00095.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методики расчёта деформируемых систем при стохастическом аэродинамическом воздействии и создании программ, позволяющих выполнять расчёты на устойчивость динамическим методом с помощью максимального показателя Ляпунова. Практически значимой является задача сопоставления критических параметров системы, получаемых при моделировании ветрового воздействия по данным аэродинамических испытаний, имеющихся в литературных источниках, при установившемся и неустановившемся режиме обтекания конструкций.
4 Научная новизна работы:
Исследуется поведение и устойчивость систем с одной и с конечным числом степеней свободы на основе различных моделей, находящихся под действием детерминированной и случайно изменяющейся во времени нагрузки с помощью максимального показателя Ляпунова.
Проанализировано влияние параметров случайных процессов и демпфирования на устойчивость систем. Рассмотрены и сопоставлены различные варианты моделирования аэродинамического воздействия.
Разработана универсальная методика и макрос-программы, которые применены к расчёту устойчивости в динамической постановке при воздействии случайно изменяющейся во времени нагрузки.
Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при проектировании висячих и вантовых мостов, высотных зданий и других инженерных сооружений, восприимчивых к действию ветровой нагрузки, с целью расчётного обоснования принятия решений.
Достоверность результатов. В диссертации используется динамический метод исследования устойчивости систем, являющийся наиболее общим для определения критических параметров. Практическая невозможность получения аналитического решения большинства задач динамики предполагает активное применение в расчётах численных методов, которые позволяют с достаточной степенью точности учесть сложные явления динамической неустойчивости под действием случайной нагрузки. При этом вне зависимости от выбранного метода интегрирования наиболее остро встают проблемы, сопряжённые с выбором временного шага. Устойчивость решения контролировалась путём последовательного уменьшения шага вплоть до значений, приводящих к одинаковым результатам. Кроме того, в некоторых случаях были получены аналитические решения, позволяющие выполнить контроль решения, получаемого численным методом, и удостовериться в их корректности.
5 Апробация работы была проведена на:
Научно-технической конференции «Наука МИИТа - транспорту», (Москва, 2007 г.) [2];
XXXV международной научно-практической конференции «Summer School Advanced Problems in Mechanics Conference» (Санкт-Петербург, 2007 г.) [3];
66 научно-методической и научно-исследовательской конференции, Московского автодорожного института (Москва, 2008 г.) [5];
V международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» (Москва, 2008 г.) [6];
Научно-технической конференции «Наука МИИТа - транспорту», (Москва, 2008 г.) [7];
Московской городской конференции молодых ученых «Современные проблемы инженерных исследований» (Москва, 2008 г.) [8];
Девятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2008г.) [9];
- заседании кафедры строительной механики Московского государ
ственного университета путей сообщения (Москва, 2009 г).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опублико
ваны в 11 печатных работах, 2 из которых в изданиях, рекомендованных ВАКом.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, четыре главы, заключение и четыре приложения, изложена на 173 страницах машинописного текста, включая 76 рисунков, 13 таблиц и список литературы из 113 наименований.
