Диссертация (1141446), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

зачастую именно фильтрационный режим определяет условия формирования нагрузок на сооружение.2. Созданная методика численных расчётов НДС методом конечных элементов, реализованная в вычислительной программе, позволяет учесть все вышеперечисленные особенности задач о работе тонких негрунтовых конструкций вгрунтовых плотинах и успешно решать сложные исследовательские задачи (вплоской и пространственной постановках). Для учёта выше названных особенностей в программе реализовано следующее: использованы нелинейные модели поведения грунта и контактов, разработан и реализован алгоритм решения задач НДС с учётом историиего формирования, разработана и реализована методика решения нелинейных задач НДС, сучётом нелинейности деформативных и прочностных свойств среды,195 использованы конечные элементы высокого порядка для моделированиятонкостенных жёстких конструкций, создана методика их использования в вычислительной программе; использованы контактные конечные элементы для учёта нелинейных эффектов работы взаимодействия негрунтовых конструкций с грунтами и между собой, разработана методика использования пространственных контактных конечных элементов; использованы мембранные и стержневые конечные элементы для моделирования работы особо тонких конструкций.При создании вычислительной программы её алгоритм был оптимизирован.Созданный алгоритм, с одной стороны позволяет решать задачи достаточно быстро, а с другой – получать результаты приемлемой точности.

Это стало возможнымблагодаря: выбору наиболее приемлемой схемы решения нелинейных задач, созданию и применению нового способа создания конечных элементоввысокого порядка.3. Было показано, что только с использованием конечных элементов высокого порядка (с квадратичной или кубической аппроксимацией перемещений)можно добиться приемлемой точности получаемых результатов расчётов решениязадачи о работе тонких жёстких негрунтовых конструкций совместно с грунтовым массивом.

Предложенный нами способ создания конечных элементов высокого порядка путём введения внеузловых степеней свободы позволил оптимизировать трудозатраты работы программы при сохранении точности вычислений.Это стало возможным благодаря применению в сетке МКЭ конечных элементовразличного порядка.

Отличительной особенностью нового способа является возможность создания элементов с неравномерной степенью аппроксимации. Толькоданный подход позволяет правильно сопрягать в сетке МКЭ элементы высокой инизкой степеней аппроксимации.4. Наибольшие трудности в решении задач о НДС грунтовых сооруженийсоздаёт необходимость учёта нелинейности деформирования свойств среды (не-196линейность деформирования материалов и нелинейность поведения контактов).Воспроизведение нелинейного характера деформирования требует применения валгоритме итерационных процессов, что создаёт сложности при создании и реализации алгоритмов нелинейных расчётов. Во-первых, итерационный поиск решения требует разработки мер по обеспечению сходимости итерационного процесса, а, во-вторых, он ставит под сомнение точность получаемых решений. Созданный и реализованный нами алгоритм вычислительной программы позволяети получить решение задачи и обеспечить точность получаемых результатов.5.

При расчёте грунтовой среды важное значение имеет учёт различия в деформируемости грунтов на траекториях активного нагружения и разгрузки. Намиразработан алгоритм, который позволяет вести расчёт для случая, когда разныеобласти сооружения нагружаются по разным траекториям.6. Воспроизведение нелинейности деформирования среды с монотоннымизменением свойств с определённой точностью может быть осуществлено путёмзамены непрерывной функции =f() на кусочно-линейную, разбивая решение задачи о нелинейном деформировании на решение ряда упругих задач (на ряд стадий). При этом для ускорения решения, осуществляемого по МКЭ, на всех стадиях можно использовать одну и ту же матрицу жёсткости, но применяя итерации свектором сил.

В этом случае для обеспечения сходимости итерационного процесса требуется ограничивать его скорость приближения к искомому решению.7. Cходимость итерационного процесса может быть достигнута всегда лишьв том случае, если приближение к решению происходит монотонно и выражаетсяв постепенном накоплении перемещений и деформаций конструкции до соответствующих данной нагрузке. Приращение перемещений конструкции за одну итерацию не должно превышать истинные перемещений системы, а текущие напряжения на итерации не должны превышать истинных. Другими словами, итерационный процесс должен приближаться к искомому решению с одной стороны, отменьших деформаций к большим. Такой ход итерационного процесса достигаетсяесли, модуль деформации, принятый в расчёте, будет выше, чем секущий модуль197деформации на данной стадии нагружения.

Можно также ограничивать приращения перемещений на итерации.8. Наибольшие сложности при реализации итерационного поиска решениянелинейной задачи НДС создаёт случай, когда зависимость между напряжениямии деформациями (относительными перемещениями) имеет скачкообразный характер. Это случай среды, обладающей прочностью на растяжение и сжатие, нарушение которых происходит в виде хрупкого разрушения. Воспроизведение в расчётах скачкообразной зависимости =f() может быть осуществлено только с помощью итерационного процесса. При этом могут проявляться как проблемы потери точности решения, так и проблемы сходимости итераций.9. Проблема точности решений, получаемых с помощью итерационныхпроцессов для учёта нелинейности деформирования, состоит в том, что результатрешения может зависеть от хода решения, от хода итерационного процесса.Этот эффект наиболее ярко проявляется в задачах, в которых сооружение(конструкция) обладает значительной неоднородностью по своим свойствам (взадачах НДС – по жёсткости).

К таким задачам как раз относится задача о НДСгрунтовых плотин с негрунтовыми ПФЭ и/или о НДС комбинированных плотин.Проблема точности получаемых решений возникает вследствие того, чтоизменение деформируемости среды, нарушение прочности на промежуточныхитерациях может оказаться необратимым, неисправимым, т.к.

применяемые модели =f() обычно многопараметрические и, кроме того, могут иметь скачкообразный характер. В зависимости от хода итераций можно получить бесконечноемножество решений, в т.ч. и с сильным искажением, отличием от точного3.В этой связи необходимо избегать алгоритмов, в которых с помощью итерационного процесса одновременно меняется множество параметров среды.10.При скачкообразном характере зависимости =f() во избежание рас-ходимости итераций и достижения точного решения алгоритм программы долженпредусматривать, во-первых, потерю прочности элемента только в случае, если3В качестве точного решения можно использовать решение, полученное при решениибольшого ряда упругих задач со ступенчатым загружением конструкции.198условие прочности заведомо, с запасом, будет нарушено, а, во-вторых, оно должно считаться необратимым в ходе итераций.

Конечно, это создаёт некоторую погрешность в расчётах, но позволяет, во-первых, избежать сходимости итераций, аво-вторых, получать приемлемые результаты, без их искажения.199Глава 4.ИССЛЕДОВАНИЯСОСТОЯНИЯНАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГОГРУНТОВЫХПЛОТИНСНЕГРУНТОВЫМИПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ, ВЫПОЛНЕННЫМИМЕТОДОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ»4.1.

Задачи и направления исследований грунтовых плотин спротивофильтрационными элементами, выполненными методом «стена вгрунте»Конструкциитипа«стенавгрунте»обычноиспользуютсякакпротивофильтрационные устройства в основании плотин, однако практикапоказала,чтоонитакжемогутслужитьперспективнымтипомпротивофильтрационных элементов и для тела грунтовой плотины.Технология «стена в грунте» стала применяться с 1950х годов какальтернативный способ создания инъекционных завес в крупнообломочныхнескальных грунтах [Ганичев, Мещеряков, Хейфец].

В отличие от традиционногоспособа,предусматривающегозаполнениепоргрунтаинъектируемымирастворами, было предложено полностью вынимать грунт в пределах траншеи(или скважины), а затем заполнять траншею (скважину) водонепроницаемымматериалом. Проходка траншей-скважин осуществлялась под защитой глинистого(часто бентонитового) раствора. Позже этот метод получил название метод«стены в грунте».В настоящее время название метода «стены в грунте» обозначает целуюгруппу методов: траншейный метод, метод буросекущихся свай, методперемешивания [Achievements and Advancements in U.S. Dam Engineering;Development of Dam Engineering in the United States] и метод струйной цементации[Бройд].

Характеристики

Список файлов диссертации