Автореферат (792743), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Леонтьева и 110-летию со дня рожденияпрофессора В.З. Власова, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательскийМосковский государственный строительный университет», Москва, 2017 г.˗ 8-я Международная конференция по текстильным композитным материалами надувным конструкциям (8th International Conference on Textile Composites andInflatable Structures) «STRUCTURAL MEMBRANES», Мюнхен, Германия, 2017 г.Публикации.Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них3 в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК РФ.Структура и объем работы.Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы.Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, включающего 12таблиц, 62 рисунка, список литературы из 152 наименований, в том числе 54 наанглийском языке.9ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность выбранной темы исследования,определены цели и задачи, описана научная новизна, практическая значимость иапробация работы, перечислены основные публикации по работе, приведены ееструктура и объем.В первой главе рассмотрены конструктивные особенности воздухоопорныхоболочек,проведенанализотечественнойизарубежнойнормативнойдокументации по проектированию и расчету воздухоопорных и тентовыхсооружений,выявленынаправлениясовершенствованиясуществующихнормативных документов.Вопрос о формообразовании воздухоопорных сооружений рассмотрен в п.1.2,приводится уравнение поверхности мыльной пленки в декартовых координатах,которое позволяет отыскать наиболее рациональную (равнонапряженную) формуоболочки, описаны численные методы для решения задач формообразования,записаны условия отсутствия складок на мягкой оболочке общего вида.В п.
1.2.4 диссертации рассмотрены основные нагрузки, действующие навоздухоопорные оболочки. Освещен вопрос выбора величины внутреннегодавления, а также существующие нормативные рекомендации по его назначению.Снеговая нагрузка для классических подъемистых воздухоопорных оболочекобычно не достигает большой величины, поскольку из-за низкого сопротивлениятеплопередаче тонкой оболочки снег на оболочке подтаивает и соскальзывает снее. Однако, в последние годы произошло несколько обрушений воздухоопорныхсооружений именно в зимний период, причины опускания были проанализированыпо информации из открытой печати.
Как правило, причиной обрушения служитнедостаточно аккуратная эксплуатация, а также проектные ошибки. Отмечено, чтопри известных случаях опускания оболочек люди серьезно не пострадали. Далеерассмотрена ветровая нагрузка, действующая на воздухоопорные сооружения,поскольку именно ее изучение представляет наибольший научный и практическийинтерес. Дело в том, что в связи с существенным деформированием оболочки10распределение нагрузки меняется в процессе нагружения как по величине, так и понаправлению.
Значит, задача расчета воздухоопорной оболочки на действиеветрового потока является связанной.Корректное экспериментальное моделирование аэроупругого поведенияреальных большепролетных сооружений еще более трудноосуществимо и дорого,чем простой аэродинамический эксперимент, поскольку даже расположениетрадиционной 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 прогнозировании поведения подобных конструкций под действиемветровой нагрузки, и именно этот вопрос более подробно освещается в главе 4.В п.
1.3 диссертации приведен обзор работ по аналитическим и численнымметодам расчета воздухоопорных оболочек. Решения, полученные аналитическидля достаточно простых задач, можно использовать для проверки численныхметодик расчета и используемых моделей. В силу своих преимуществ, описанныхв диссертации, для решения задачи о механическом поведении воздухоопорныхсооружений выбран метод конечных элементов (МКЭ).Естественно,приведенныйобзорлитературынепретендуетнаисчерпывающую полноту, в нем упомянуты только те работы, которые имеютнепосредственное отношение к рассматриваемым в диссертации вопросам.Во второй главе приведены основные этапы и особенности построениячисленных решений задач механики методом конечных элементов и задачвычислительной аэродинамики методом контрольных (конечных) объемов (МКО).В разделе 2.1 записаны основные этапы расчета воздухоопорных конструкцийс помощью МКЭ.
Детально рассмотрены подходы к моделированию техническихтканей с покрытием, из которых изготавливаются воздухоопорные оболочки. Наоснове анализа научной и нормативной литературы, а также результатовэкспериментальных исследований, проведенных в том числе и с участиемдиссертанта, обосновано применение линейно-упругой ортотропной модели11материала воздухоопорной оболочки, как наиболее оптимальной с точки зренияточности и скорости проведения расчетов. Физические соотношения для указанноймодели приведены в п. 2.1.2, указывается важность соответствия ориентации осейортотропии в численной модели и реальной конструкции.Вданнойдиссертационнойдеформированиявоздухоопорныхработеприрешениисооруженийсвязанныхиспользуютсязадачметодинтегрирования уравнений движения, основанный на неявной схеме, в п.
2.1.3описаны особенности используемого метода Гильбера-Хьюза-Тейлора (HilberHughes-Taylor, HHT-α метод).Далее в работе рассматриваются вопросы экспериментального и численногомоделирования обтекания строительных конструкций воздушным потоком. В п.2.2.1 рассмотрена система уравнений для описания воздушного потока,включающая в себя уравнение состояния идеального газа, законы сохранениямассы и количества движения, начальные и граничные условия. Для численногорешения системы указанных уравнений в работе используется метод контрольных(конечных) объемов, как правило, с использованием осредненных по Рейнольдсууравнений Навье-Стокса (RANS-подход). Затем в работе приведены сведения помоделированию турбулентных течений, описаны основные преимуществаиспользуемой в расчетах полуэмпирической модели турбулентности k-ω SST,разработанной Ф.Р.
Ментером.Наконец, в заключительном разделе главы (п. 2.3) описана методикаитерационного решения связанных задач взаимодействия воздухоопорнойоболочки с окружающим потоком воздуха с использованием программногокомплекса ANSYS.В третьей главе представлены результаты решения тестовых задач постатическому и динамическому расчету изотропных и ортотропных упругихмембран, обтекания вязкой несжимаемой жидкостью недеформируемого цилиндрав двухмерной постановке, а также применение описанной во второй главеметодики для численного моделирования сопряженного деформирования упругой12пластины и окружающей ее жидкости в режиме свободных колебаний и приобтекании потоком.Первый блок задач посвящен решению задач механики, второй –моделированию нестационарного обтекания тела потоком жидкости, третий –решению двусторонне связанных задач. Такой алгоритм верификации позволяетизбежать ошибок на каждом этапе решения связанных задач по разработаннойметодике.Тестовыезадачикаждогоблокаимеютаналитическое,экспериментальное и (или) альтернативное численное подтверждение.В первом блоке (п.
3.1) рассмотрено статическое деформированиевоздухоопорных оболочек различной формы из изотропного материала поддействием только избыточного давления воздуха.Расчеты производились с помощью метода конечных элементов вгеометрически нелинейной постановке в программных комплексах (ПК) ЛираСАПР 2013 и ANSYS.
Результаты расчета цилиндрической оболочки сосферическими торцами были сопоставлены с результатами, полученнымиВ.И. Усюкиным методом конечных разностей. Различие результатов не превысило2,8% по усилиям и 1,9% по перемещениям, следовательно, можно сделать вывод окорректности принятого подхода к моделированию воздухоопорной оболочки.
Отдальнейшего применения ПК Лира САПР 2013 в данной работе было решеноотказаться, поскольку в нем отсутствует возможность назначения мембраннымэлементам ортотропных механических свойств.Длякорректнойоценкисобственныхчастотиформколебанийвоздухоопорной оболочки необходимо учесть не только начальную жесткостьсистемы, но и дополнительную, вызванную эффектом предварительногонапряжения за счет внутреннего давления воздуха под оболочкой, поэтому в п. 3.2описано решение тестовой задачи определения собственных частот и формколебаний предварительно напряженной ортотропной цилиндрической оболочки(пневмобалки), для которой имеются аналитическое и численное решение,приведенные в работе Apedo K.L. с соавторами.13Сопоставление результатов, частично показанное на рисунке 1, выявилорасхождение между результатами диссертанта и эталонными аналитическимирезультатами для стержневой модели достигающее 14,3%, а для конечноэлементной модели относительная разница результатов не превышает 1%.Расхождениярезультатовсаналитическимирасчетамиобъясняютсяразличным подходом к моделированию концевых участков пневмобалки иупрощениями, принятыми при построении стержневой модели.а) f1 = 2,898 Гцб) f1 = 3,00/3,14 Гцв) f3 = 16,412 Гцг) f2 = 16,38/16,41 ГцРисунок 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
