Введение к работе
з Актуальность темы диссертации
В последнее время все чаще появляются сообщения о замеченных торнадо (смерчах) во многих странах мира. Только за 4,5 месяца 2011 года в США было зафиксировано 1200 случаев торнадо. Не смотря на то, что наибольшим образом подвержены этому природному явлению страны Северной Америки, весьма сильные вихри наблюдаются и в других странах, в том числе и в России. Наиболее мощные вихри, проходившие по территории нашей страны были отмечены в г. Иваново в 1984г, в Москве в 1904г, в Новосибирской области в 1994г., во Владивостоке в 1997г., в Благовещенске в 2011г.. Скорости ветра в большинстве из них достигали 92 м/с, а в некоторых случаях превышали и это значение.
В настоящее время задача воздействия торнадо на стержневые и вантовые системы еще не получила исчерпывающего решения. Для анализа рассматриваемого воздействия весьма эффективным является использование численных методов интегрирования уравнений движения, основанных на явных вычислительных схемах. Разработка соответствующих математических моделей и реализация их в виде программных модулей позволяет анализировать сложные пространственные конструкции с возможностью определения предельных параметров ветрового воздействия. Алгоритмы и результаты анализа сложных пространственных систем представляют существенный практический интерес.
Для целей реального проектирования актуальным является исследование поведения схем реальных сооружений с определением значений предельных характеристик торнадо, установление качественных особенностей динамического деформирования систем различного типа.
Целью настоящего исследования является разработка динамических моделей, позволяющих получать характеристики напряженно-деформированного состояния пространственных нелинейных вантово-стержневых систем при воздействии торнадо.
Основными задачами работы являются следующие:
Разработка алгоритмов и отладка программных модулей, позволяющих вводить в расчет ветровую нагрузку от воздействия торнадо.
Исследование динамического процесса ударного взаимодействия предметов, захваченных вихревой воронкой.
Совершенствование учета сил демпфирования при анализе нелинейного динамического поведения вантово-стержневой системы.
Анализ поведения конструкций различного типа при воздействии торнадо с выявлением предельных характеристик торнадо.
Анализ области возможного использования квазистатических решений для определения параметров динамического деформирования вантово-стержневых систем при воздействии торнадо.
Научная новизна работы:
Получена математическая модель для исследования динамического поведения сложных нелинейных пространственных вантово-стержневых систем при воздействии торнадо.
Определены предельные характеристики торнадо для сложных пространственных нелинейно-деформируемых систем (крупногабаритная тросовая антенна, висячий и вантовый мосты, сквозное пролетное строение моста) с анализом возможности последовательных разрушений.
Развит вычислительный алгоритм для моделирования ударного взаимодействия предмета, захваченного торнадо, с элементом вантовой системы. Дан пример применения алгоритма.
Разработана методика определения невыгодной траектории движения торнадо и дан пример ее использования для пространственной стержневой фермы.
Разработан способ учета внутреннего трения в материале, основанный на обобщенной модели Прандтля. Получена и реализована экспериментальная методика определения характеристик внутреннего трения.
Практическая ценность работы заключается в:
Полученных предельных параметрах торнадо для конкретных систем (мачтовая система, крупногабаритная тросовая антенна, висячий мост)
Расширении возможностей пакета прикладных программ по расчету ван-тово-стержневых систем.
Определении возможности использования квазистатических решений, приближенно заменяющих динамический анализ.
Достоверность результатов.
Достоверность результатов подтверждается использованием численных алгоритмов, основанных на законах механики; сопоставлением результатов численного моделирования с экспериментальными данными; сравнением полученных решений с решениями, полученными другими методами; использованием общепринятой модели ветрового воздействия; исследованием сходимости полученных результатов при уменьшении шага по времени и изменении размеров дискретных элементов расчетной схемы.
Апробация работы была проведена на:
Научно-практической конференции Неделя науки - 2009 «Наука МИИТа - транспорту», 2009 г.
Международной конференции по проблемам теоретического анализа поведения зданий и сооружений при различных видах воздействий «Актуальные проблемы исследований по теории сооружений». ЦНИИСК им. Кучеренко - г. Москва 2009 г.
Научно-практической конференции Неделя науки - 2010 «Наука МИИТа - транспорту», 2010 г.
XI Всероссийской научно-технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Научные исследования и разработки в области авиационных, космических и транспортных систем» (АКТ-2010) I тур. г. Москва, 2010 г.
XI Всероссийской научно-технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Научные исследования и разработки в области авиационных, космических и транспортных систем» (АКТ-2010) II тур. Таруса, 2010 г.
68-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) (секция надежности и проблем качества в автотранспортном комплексе) г. Москва, 2010 г.
Научно-практической конференции Неделя науки - 2011 «Наука МИИТа - транспорту», 2011 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 печатных работах, 4 из которых опубликованы в издании, рекомендованном ВАКом.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов и списка литературы из 142 наименований. Общий объем диссертации составляет 127 страниц, в текст включены 79 рисунков и 12 таблиц.
