Диссертация (Численный анализ деформирования воздухоопорных оболочек при статических и динамических воздействиях), страница 5

Но даже для твердых объектов простой формырезультаты экспериментов могут давать значительные расхождения [73].Эксперименты по продувке жестких и мягких моделей воздухоопорныхоболочек в аэродинамических трубах проводились многими отечественными [2, 7,32, 68, 75] и зарубежными исследователями [130, 139, 148, 118, 129, 147]. Однако,в мелкомасштабных моделях удается добиться только частичного подобия моделиреальным условиям, кроме того, измерительное оборудование может существенноискажать характеристики испытываемых конструкций.Все возрастающую роль в определении аэродинамических коэффициентовиграет численное моделирование обтекания различных объектов и конструкций [9,24, 25, 137, 152, 121, 136], несмотря на объективные сложности, которые возникаютпри проведении подобных исследований [18, 17].Как уже говорилось выше, перемещения оболочек не нормируются (п.

3.1 [76]«Деформации оболочек не проверяются»), однако, в [76] есть указание:«Размещение оборудования или складирование материалов на расстоянии ближе 1м от внутренней поверхности оболочки не допускается», это требование одинаководля оболочек любого пролета и подъемистости. Реальные перемещения поддействием ветровой нагрузки могут значительно превышать эту величину, что приблизком расположении металлических ограждений, аналогичных показанным нарисунке 1.4, вполне может привести к разрыву оболочки.В руководстве [120] указано, что воздухоопорные оболочки в силу высокогодемпфирования не подвержены явлениям динамической неустойчивости, чтосогласуется с результатами экспериментальных исследований, описанных в работе[129], где говорится, что низкочастотные колебания связаны с образованием28турбулентного следа за воздухоопорным сооружением, но они не сопровождаютсярезонансными явлениями.Однако, в связи с существенным деформированием распределение нагрузкименяется в процессе нагружения как по величине, так и по направлению.

То есть,задача расчета воздухоопорной оболочки на действие ветрового потока являетсясвязанной. Однако, в аэродинамическом эксперименте можно достичь толькочастичногоподобияэкспериментальноемоделииреальноймоделированиеконструкцииаэроупругого[9].Корректноеповеденияреальныхбольшепролетных сооружений еще более трудноосуществимо и дорого, чемпростойаэродинамическийэксперимент,посколькудажерасположениетрадиционной системы датчиков и измерительных приборов может исказитьмеханическоеповедениемодели.Поэтомучисленное(компьютерное)моделирование мягких оболочек в потоке воздуха является актуальным, а вкомплексе с экспериментальными исследованиями может существенно помочь впонимании и предсказании поведения подобных конструкций под действиемветровой нагрузки (более подробно данный вопрос освещается в главе 4).1.3.

Методы расчета оболочек воздухоопорных сооруженийВ нашей стране существует несколько научных школ или, можно сказать,центров, ученые в которых занимаются изучением мягких оболочек.Одной из первых возникла Дальневосточная научная школа мягких оболочек.Она создавалась на базе на базе кафедры теории и устройства судов ДВВИМУ подруководством В.Э.

Магулы [56, 57]. Представителями данной научной школыявляются Б.И. Друзь, И.Б. Друзь [27], В.Д. Кулагин, А.И. Азовцев, С.А. Огай, В.А.Хованец [91] и многие другие. С 1967 года издаются сборники научных работ –Сообщения лаборатории мягких оболочек, в которых публиковались передовыенаучные статьи, например, [68], один раз в в несколько лет проводились29Дальневосточные конференции по мягким оболочкам. Большая научная работапроделана сотрудниками ДВВИМУ (ныне Морской государственный университетимени адмирала Г. И. Невельского) как в разработке теории мягких оболочек, см.,например, [57, 27], так и в решении практических задач.Большоеколичествоработпонелинейнымрасчетамоболочечныхконструкций выполнено под руководством К.Ф.

Черныха в Санкт-Петербурге.Следует отметить, например, диссертацию К.М. Кылатчанова [52], в которойрешаются не только задачи о рациональном раскрое мягких оболочек, но иполученорешениедлязадачиаэроупругоговзаимодействиямягкойцилиндрической оболочки с потоком воздуха.Существенная работа сначала по разработке общей, а затем техническойтеории мягких оболочек велась на базе МВТУ им. Баумана в Москве подруководством С.А.

Алексеева [3], затем В.И. Усюкина [86]. Уже в 1970-е годы А.М.Смирнов и П.И. Кононенко (аспиранты С.А. Алексеева) занимались изучениемаэроупругого поведения мягких сферических воздухоопорных оболочек в потокевоздуха [74, 47] не только теоретически, но и экспериментально [2].Большая научно-практическая работа велась профессором МАРХИ В.В.Ермоловым [32, 33, 31, 35, 34]. Им возведен один из первых воздухоопорныхкуполов в нашей стране в 1959 году.

Книги, написанные им более 30 лет назад вомногих вопросах остаются актуальными и в настоящее время.Трудно выделить одну научную школу в Казани, поскольку научная работаведется в разных направлениях: изучением долговечности и прогнозированиемсрока службы пленочно-тканевых материалов занимаются В.Н. Куприянов, А.М.Сулейманов, Н.С.

Шелихов; Е.М. Удлер ведет научную работу по изучениюформообразования и автоматизированного проектирования тентовых конструкций[84]; построением новых математических моделей и другими теоретическимиразработками в области статики и динамики мягких оболочек в разное времязанимались В.В. Ридель [71], Р.Ш. Гимадиев, А.Н.

Гильманов, Б.В. Гулин, М.АИльгамов и др.30Долгие годы ведется научная работа по изучению физико-механических ипрочностных свойств материалов для мягких оболочек В.П. Шпаковым и другимисотрудниками НИИ резиновой промышленности в Сергиевом Посаде [98]. Имипроведены уникальные многолетние натурные испытания многих образцов изпрорезиненных тканей, разработаны собственные методы двухосных испытанийтканевых материалов, исследованы различные типы соединений и швов и др.Отдельного внимания заслуживает научная школа, созданная на базе НИИПарашютостроения в Москве. В течение многих лет О.В. Рысевым, В.И.Морозовым, Ю.В.

Мосеевым, А.Т. Пономаревым, В.В. Лялиным [55] и др. ведетсянапряженная научная работа по изучению сложнейших процессов раскрытия идеформирования мягких оболочек парашютов, разрабатываются математическиемоделипарашютныхсистем,численныеметодикирешениязадачформообразования, аэродинамики, аэроупругости и прочности парашютов, а такжепрограммные средства, реализующие эти методики.Саратовскими учеными под руководством А.Ю.

Кима и в настоящее времяведутся разработки оригинальных численных методик расчета воздухоопорных,мембранно-стержневых [44, 64] и комбинированных конструкций с помощьюметода продолжения решения по параметру, детально описанному в работе [23].Большая научная работа по изучению комбинированных мембранностержневых и пневматических конструкций ведется на кафедре строительногопроизводства Липецкого государственного технического университета подруководством профессора В.В. Михайлова.

Сотрудники и аспиранты кафедрынеоднократнопредставлялидокладынамеждународныхконференциях«International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures» [108, 141,142].В.В. Михайловым выпущено учебное пособие [60], в котором рассмотреныосновные вопросы конструирования и расчета предварительно напряженныхкомбинированных и вантовых конструкций, а также совместно с А.В. Чесноковымкнига[97],посвященнаявопросамстатическогоанализаоблегчённых31строительныхконструкций,внейприводятсярезультатыисследованийкомбинированных и тросовых купольных систем, а также пневматическихоболочек с учётом изменения жесткости материала под нагрузкой.Расчетами комбинированных мембранно-стержневых систем с учетомгеометрической и конструктивной нелинейности в своих диссертациях занималисьА.В.

Чесноков [95], Е.А. Хорошилов [93]. Результаты расчетов обязательносопоставлялись с экспериментальными исследованиями.В Нижнем Новгороде интенсивная научная работа ведется по изучениюформообразования мягких оболочек методом натянутых сеток Е.В. Поповым [69],В.Н. Шалимовым и др., в частности разработан программный комплексавтоматизированного проектирования тентовых конструкций «К3-ТЕНТ».Можносделатьследующийвывод:дляанализанапряженно-деформированного состояния воздухоопорных оболочек можно выделить двапути:- первый путь связан с применением развитой теории расчета мягких оболочекдля получения определяющей системы дифференциальных уравнений задачи, азатем, в связи со сложностью системы, привлекаются численные методы длярешения этой системы, разрабатываются программы для решения конкретносформулированных и поставленных краевых задач.

Такому подходу свойственноприменение аналитических методов на первом этапе и метода конечных разностейна завершающем. В целом, большое количество работ советских ученых построеныпо такой схеме.- второй путь возник уже после широкого становления метода конечныхэлементов и заключается в модификации его для решения задач деформированиямягких оболочек: разработкой специальных «мембранных» типов конечныхэлементов, соответствующих моделей материалов, отдельных программныхмодуллей для поиска начальной оптимальной формы, улучшение алгоритмоврешения нелинейных динамических задач и т.д. В последние годы именно второйпуть получил наиболее широкое распространение за рубежом.32Следует заметить, что в последнее время граница между этими путямистирается, что, несомненно, приводит к развитию науки в целом.1.3.1. Аналитические методы и решенияБольшая работа проделана по построению общей теории расчета мягкихоболочек и мембран такими отечественными учеными как С.А. Алексеев, В.Л.Бидерман, Б.И.