Автореферат диссертации (1141564), страница 4
Текст из файла (страница 4)
По предварительным численным исследованиям вANSYS значение силы предварительного натяжения было принято равным 3 кН.Предварительное натяжение конструкции на заданную величину силыосуществлялось с помощью талрепов во всех четырех опорах конструкции.Основные размеры исследуемой конструкции в форме гиперболическогопараболоида и металлического стенда для испытания представлены на рисунке 12.На поверхность материала были нанесены контрольные точки для возможностиотслеживание перемещений (рисунок 13).Рисунок 12. Основные размеры «гипара» иметаллического стенда в эксперименте, ммРисунок 13.
Контрольные точки дляотслеживания перемещений конструкцииДля определения перемещений был использован измерительный прибор –тахеометр марки NTS-350. Была использована трехэлементная прямоугольнаяконструкция тензорозеток совместно с индикатором часового типа,применявшегося для контроля показателей измерений с помощьютензорезисторов, и установленного в специально разработанные под негоалюминиевые элементы (рисунок 14). Для определения усилий в опорах вконструкции был установлен датчик силы CAS SBA-1 (рисунок 15) и динамометрДПУ-5-2.Рисунок 14.
Тензорозетка и контрольдеформаций тензорезисторов с помощьюиндикаторов часового типаРисунок 15. Общий вид положения датчикасилы CAS SBA-1При испытании конструкции суммарная величина несимметричнойравномерно-распределеннойнагрузкисоставила1,5кПа.Нагрузка17прикладывалась к конструкции шестью ступенями, величина каждой составляла0,25 кПа (рисунок 16).а)б)Рисунок 16.
Схема приложения нагрузки на конструкцию в эксперименте:а) 1 ступень (0,25 кПа), б) 6 ступень (1,50 кПа)До проведения основного испытания конструкции в форме гиперболическогопараболоида была исследована релаксации напряжений, что позволило сделатьследующие выводы:- релаксация напряжений (около 40% напряжений) интенсивно проявляетсявпервые 30-40 минут сразу после натяжения конструкции;- чем с большим усилием производится предварительное натяжениеконструкции, тем интенсивнее в начальный этап времени происходит релаксациянапряжений;- релаксация напряжений по направлению вдоль нитей основы и утка имееткачественно одинаковый характер.По результатам проведенного испытания конструкции на каждом этапенагружения были получены усилия на опорах, перемещения и деформациихарактерных точек, общий вид напряженно-деформированного состоянияконструкции (рисунки 17-19).В программном комплексе ANSYS был выполнен численный эксперимент,имитирующий проведенное испытание конструкции из технической ткани спокрытием в форме гиперболического параболоида.
Для определениярационального размера конечного элемента были выполнены предварительныечисленные расчеты. С учетом габаритов строительной конструкции был принятмаксимальный размер ребра конечного элемента равным 50 мм. Указанный размерконечного элемента обеспечил моделирование образования складок, совпадающихс реальным распределением складок в конструкции в эксперименте. Направлениеглавных осей материала (направление вдоль нитей основы и утка) былосогласовано в соответствии с расположением главных осей в технической ткани спокрытием в исследуемой конструкции. Как и в испытании, нагрузка в численныхрасчетах прикладывалась шестью ступенями по 0,25 кПа.В численных исследованиях были использованы две модели поведенияматериала под нагрузкой: физически линейная ортотропная модель и физическинелинейная ортотропная модель (упруго-пластичная ортотропная модель покритерию текучести Хилла).18По итогам численных исследований были получены результаты, которыебыли сопоставлены с результатами, полученными при испытании конструкции.На рисунках 17 и 18 представлено сравнение результатов вертикальныхперемещений исследуемых точек и сравнение результатов усилий на опорахконструкции.
На рисунке 13 показаны характерные сечения, вдоль которых былиотслежены и вычислены перемещения точек конструкции. На рисунке 19показаны результаты по напряжениям и деформациям в численных расчетах сфизически линейной и физически нелинейной ортотропной моделью поведенияматериала под нагрузкой.По результатам сравнения численных исследований и испытанияконструкции было выявлено, что значение модуля сдвига материала,определенное в разработанной расчетно-экспериментальной методики в работе,позволяет получить реальное значение модуля сдвига при расчетах строительныхконструкций из технических тканей с покрытием.В работе также изучено влияние сдвиговой жесткости материала нанапряженно-деформированное состояние конструкции из технической ткани спокрытием c помощью численных расчетов в ANSYS, что позволило подтвердитьвыдвинутую в работе научно-техническую гипотезу.Рисунок 17.
Сравнение результатов вертикальных перемещений исследуемых точекконструкции между испытанием и численными расчетами19б)а)Рисунок 18. Сравнение усилий на опорах конструкции в форме гиперболического параболоидамежду испытанием и численными расчетами по направлению нитей: а) основы, б) уткаа)б)в)г)Рисунок 19.
Результаты напряжений и деформаций в численных расчетах с физическилинейной ортотропной моделью (слева) и физически нелинейной ортотропной моделью(упруго-пластичная ортотропная модель по критерию текучести Хилла) - справа: а), б) полныедеформации; в), г) эквивалентные напряженияПо результатам проведенных испытаний и численных исследований:- доказана достоверность разработанной расчетно-экспериментальнойметодики по определению значения модуля сдвига в технических тканях спокрытием;- показана возможность адекватного применения в программе ANSYSнелинейной ортотропной модели поведения материала под нагрузкой (упругопластичная ортотропная модель по критерию текучести Хилла);- доказано, что модуль сдвига материала является важной механическойхарактеристикой, влияющей на напряженно-деформированное состояниестроительных конструкций из технических тканей с покрытием;20- на основании проведенных экспериментально-теоретических исследованийданы рекомендации к численным методам расчета конструкций из техническихтканей с покрытием.В приложениях приведены рекомендации к численным расчетамстроительных конструкций из технических тканей с покрытием, блок-схемарасчетно-экспериментальной методики по определению значения модуля сдвига вматериале, акт о внедрении результатов работы, сертификаты поверок и паспортаизмерительного оборудования.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ работе получили дальнейшее развитие методики численного расчета иэкспериментальных исследований строительных конструкций из техническихтканей с покрытием, а также методики лабораторных испытаний самогоматериала.
При этом достигнуты следующие новые научные и практическиерезультаты:1. Проведен всесторонний анализ современных методик и результатовлабораторных и натурных испытаний технических тканей с покрытием, а такжеанализ математических моделей, описывающих поведение технических тканей спокрытием под нагрузкой, работающих в составе строительных конструкций, чтопозволило произвести их систематизацию, выявить преимущества и недостатки иопределить адекватность применения каждой модели материала при расчетестроительных конструкций из технических тканей с покрытием.2.
Проведены экспериментальные и численные исследования техническихтканей с покрытием с целью определения основных механических характеристикматериала, необходимых для расчета строительных конструкций из техническихтканей с покрытием, по результатам которых:- предложена новая форма образца при одноосном внеосевом растяжении;- разработана расчетно-экспериментальная методика по определениюзначения модуля сдвига в материале, которая позволяет учитывать его реальноезначение при расчетах строительных конструкций из технических тканей спокрытием.3. Разработаны методики экспериментальных и численных исследованийстроительной конструкции из технической ткани с покрытием в формегиперболического параболоида при несимметричной равномерно-распределеннойнагрузке, и хорошая сходимость результатов испытаний с численными данными,полученными с использованием программного комплекса ANSYS, позволила:- подтвердить корректность разработанной в диссертационной работерасчетно-экспериментальной методики по определению значения модуля сдвига втехнических тканях с покрытием;- разработать рекомендации к численным расчетам строительныхконструкций из технических тканей с покрытием;- уточнить методику расчета строительных конструкций из техническихтканей с покрытием с учетом влияния модуля сдвига материала, что позволилоснизить коэффициент надежности кратковременной прочности технической тканис покрытием в среднем на 10%.214.
В связи влиянием значения модуля сдвига материала на напряженнодеформированное состояние подобных конструкций теоретически обоснована иэкспериментально подтверждена необходимость учета модуля сдвига материалапри расчетах строительных конструкций из технических тканей с покрытием.5.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяютих использовать при создании новых видов материалов с заранее заданнымисвойствами, улучшении характеристик существующих материалов и припрогнозировании «остаточной» несущей способности строительных конструкцийиз технических тканей с покрытием, а также, при разработке новых и улучшениюсуществующих нормативных документов по испытаниям и расчету строительныхконструкций из технических тканей с покрытием.Перспективами дальнейшей разработки темы могут являтьсятеоретические и экспериментальные исследования по расчету длительнойпрочности технических тканей с покрытием, работающих в составе строительныхконструкций, а также учет влияния температурных воздействий на работуматериала под нагрузкой.Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13печатных работах, из них публикации в российских рецензируемых научныхжурналах согласно перечню ВАК:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
