Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
доктор технических наук, профессор кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering; Professor of the Department of Metal and Timber Structures
доктор технических наук, доцент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия; профессор кафедры металлических и деревянных конструкций
PhD student f the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
аспирант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
PhD student f the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering
аспирант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия
The research describes the procedure for finite element analysis of structures under forced vibration in a linear and nonlinear setting using the method of direct integration of differential equations of motion. This program is implemented in the PRINS FEM software, developed by the authors for engineering, technical and scientific purposes. The procedure allows to take into account the action of forces on the above-ground part of structures due to earthquakes. A certain class of structures operates under time-varying loads, for which the resulting nonlinear effects can affect their stress-strain state. Dynamic analysis of such structures should be performed using direct integration methods, taking into account the nonlinearity of deformation. Consequently, the development of methods for forced vibration analysis of structures taking into account physical and geometric nonlinearity is a priority task in such areas as astronautics, aircraft and automobile manufacturing, mechanical engineering and construction. The purpose of this study is to develop an algorithm and a program for nonlinear dynamic analysis of structures using FEM. The direct dynamic calculation is based on the Newmark’s method. Nonlinear deformation is accounted for using the authors' proposed methods. The developed method of forced vibration analysis of structures in a nonlinear setting has been adapted to the PRINS FEM program. An example of a test calculation of a cantilever bar subjected to a force impulse is provided. The obtained results are analyzed. Conclusions. The PRINS FEM program can be effectively used by engineers in design and scientific organizations to solve engineering problems related to the analysis of structures under forced vibrations.
Описана процедура конечно-элементного расчета конструкций на вынужденные колебания в линейной и нелинейной постановке с использованием метода прямого интегрирования дифференциальных уравнений движения. Данная программа реализована в вычислительном комплексе ПРИНС, разрабатываемом авторами для использования в инженерно-технических и научных целях. Процедура предусматривает возможность учета силовых воздействий на надземную часть конструкций как непосредственно, так и вследствие землетрясений. Определенный класс конструкций работает в режиме меняющихся во времени нагрузок, для которых возникающие при этом нелинейные эффекты могут существенным образом сказаться на их напряженно-деформированном состоянии. Динамический расчет таких конструкций должен выполняться методами прямого интегрирования с учетом нелинейности деформирования. Следовательно, разработка методов расчета конструкций на вынужденные колебания с учетом физической и геометрической нелинейности является приоритетной задачей вычислительной механики в таких областях, как космонавтика, авиа- и автомобилестроение, машиностроение и строительство. Цель исследования - разработка алгоритма и программы нелинейного динамического расчета конструкций методом конечных элементов. Для решения дифференциальных уравнений использован метод Ньюмарка. При этом учет нелинейности деформирования выполняется на основании ранее предложенных авторами методик. Разработанная методика расчета конструкций на вынужденные колебания в нелинейной постановке адаптирована к программе ПРИНС. Приведен пример тестового расчета консольного стержня на действие импульса силы как с учетом, так и без учета нелинейности деформирования. Проанализированы полученные результаты. Вычислительный комплекс ПРИНС может быть эффективно использован инженерами проектных и научных организаций для решения инженерных задач, связанных с расчетом конструкций на вынужденные колебания.