Том 14, № 6 (2018)

Актуальность. Для обеспечения безопасной работы конструкций и сооружений необходимо точнее определять напряженно-деформированное состояние (НДС) элементов конструкций, выявлять области концентрации напряжений. Вопросы распределения напряжений в областях крепления стержней в трехмерной постановке относительно мало изучены. В этих областях могут возникнуть существенные концентрации напряжений, способствующие возникновению и развитию трещин и отколов, являющихся предвестником разрушения. Развитие современных методов расчета, программных комплексов и рост возможностей вычислительной техники позволяют уточнять расчетные схемы: переходить от одномерной схемы расчета к двумерной, от двумерной схемы расчета к трехмерной. Все это дает возможность более точно оценивать НДС элементов конструкций и сооружений, выявлять области концентрации напряжений, а также исследовать влияние коэффициента Пуассона на концентрацию напряжений. Методы исследования. Отмечено, что в стержнях (стойках) квадратного сечения возникают трещины и разрывы в кромках при воздействии продольных нагрузок. Для оценки напряженно-деформированного состояния используются трехмерные элементы на базе сплайнового варианта метода конечных элементов и расчетный комплекс «ЛИРА». Сплайновый метод конечных элементов, благодаря синтезу идеи параметризации и метода конечных элементов (МКЭ) с кубической аппроксимацией всех трех искомых переменных в пределах каждого элемента, позволяет получать согласованные трехмерные конечные элементы. На базе отмеченных методов и комплексов выполнены численные исследования концентрации напряжений в стержнях квадратного и прямоугольного сечений, закрепленных на одном конце и воспринимающих растягивающие усилия на другом конце. Выводы. Установлено, что в угловых точках сечения в области крепления прямолинейных стержней, воспринимающих осевые растягивающие усилия, возникают концентрации напряжений. Вдали от области крепления стержня напряжения выравниваются. С увеличением коэффициента Пуассона концентрация напряжений возрастает быстрее, чем при малых значениях. Переход от одномерной расчетной схемы к двумерной и тем более к трехмерной схеме позволяет определять концентрацию напряжений как в плане, так и по толщине. Информация о концентрации напряжений в элементах конструкций позволит проектировщикам более грамотно проектировать конструкции и сооружения, а эксплуатационникам своевременно выявлять дефектные области.

Введение и цели. При расчете зданий и сооружений на особые сочетания нагрузок, вызванные действием воздушных ударных волн, необходимо определить основные параметры действующей нагрузки. Нормативный подход, реализованный в современных нормативных документах, предлагает использование упрощенных методов расчета, основанных на использовании эквивалентных статических нагрузок. Целью исследования является получение основных параметров воздушных ударных волн, используя численное моделирование, а также рассмотрение характера распространения фронта ударной волны при расположении эпицентра взрыва на уровне земли и в воздухе. Материалы и методы. Для получения основных параметров воздушных ударных волн рассматриваются численные методы высокой точности, реализованные в современном программном комплексе LS-DYNA. Для описания процесса взрыва используется лагранжево-эйлеровый подход. Результаты. Получены изополя и графики превышения избыточного давления Δ Р ф над атмосферным в распространяющейся воздушной ударной волне при эпицентре взрыва, расположенном на уровне земли и в воздухе, а также на дальнем расстоянии от проектируемого сооружения. Выводы. Рассматриваемый метод численного моделирования позволяет получить основные параметры воздушных ударных волн, которые могут быть использованы для дальнейшего расчета строительных конструкций.

Цели. Дать характеристику процессу формирования каркасов большепролетных металлических куполов при их возведении. Выполнить анализ работы конструкций при монтаже купольных каркасов по расчетным схемам, отличающимся от проектной, из-за чего в их конструктивных элементах возникают монтажные усилия. Привести геометрические схемы купольных каркасов (ребристых, ребристо-кольцевых и сетчатых) и принципы их образования. Показать, как образуются сетчатые купольные каркасы, и объяснить, почему они являются пространственными стержневыми системами. Описать особенности конструктивных решений однопоясных и двухпоясных купольных каркасов. Отметить, что технологическая схема монтажа конструкций большепролетных металлических куполов зависит от конструктивного решения и способа возведения их каркасов. Вкратце охарактеризовать различные способы возведения каркасов большепролетных металлических куполов и количество применяемых при этом временных опор и механизмов. Обзор. Принципиально различные способы возведения, как реально примененные, иллюстративно показаны на примерах нескольких конкретных известных купольных сооружений мира. Дана оценка влияния каждого способа на работу конструкций в процессе монтажа. Описан характер работы отдельных конструкций и каркаса в процессе возведения большепролетных металлических куполов. Сделан акцент на существенные различия в характере работы конструктивных систем купольных каркасов при разных способах их монтажа. Исследование. Разработаны компьютерные модели однопоясных металлических куполов из стальных двутавров с жесткими сопряжениями в узлах. Созданы дополнительные модели неполного каркаса для исследования различных способов монтажа куполов. Для каждой монтажной модели купольного каркаса выполнены компьютерные расчеты на действие собственного веса. В результате расчетов определены напряжения в конструктивных элементах каркасов, которые сравнивались с напряжениями соответствующих элементов на действие собственного веса в каркасе проектной схемы. Результаты. Сделан вывод о неизбежности появления напряжений в элементах каркасов большепролетных металлических куполов при их возведении. Отмечена необходимость обязательных расчетов каркасов на монтажные состояния при проектировании большепролетных металлических куполов.

Цель. Тонкие оболочки в виде цилиндроидов представляют собой линейчатые оболочки. Их изучению посвящено несколько работ. В данной статье выработано геометрическое моделирование тонких оболочек в виде цилиндроидов и построены срединные поверхности с помощью программного обеспечения MathCAD. Напряженнодеформированное состояние исследовано для стальных и железобетонных оболочек в форме цилиндроидов. Методы. Линейное исследование выполнено для жестко защемленных и шарнирных опор, а также для различных толщин в программном комплексе SCAD. Приведены численные значения максимального и минимального перемещений их средних поверхностей, на основе которых сделаны выводы. Результаты. Данные, полученные путем линейного расчета железобетонных и металлических оболочек, выполненого с помощью программного обеспечения SCAD, представлены в числовом и графическом виде. Заключение. Исследования напряженно-деформированного состояния проведены для оболочек в форме цилиндроида с двумя прямыми эллипсами и цилиндроида Фрезера. При одинаковых толщине, нагрузке и пролете железобетонные оболочки имеют минимальные перемещения. Для толщины 20 см стальные оболочки имеют одинаковые максимальные перемещения. Для толщины 30 см максимальное перемещение больше в стальных оболочках. Оболочки большого пролета (до 30 м) могут быть спроектированы из железобетона.

Цели. Рассматривается задача построения дифференциальных уравнений, характеристик и соотношений на них, а также определения скоростей распространения плоских волн деформаций сдвига в сплошной среде, механическое поведение которой описывается геометрически-нелинейными аналогами математических моделей сплошных сред, напряженно-деформированное состояние коих определяется произвольными, вообще говоря, перекрестными зависимостями между первыми инвариантами тензоров и вторыми инвариантами девиаторов обобщенных напряжений и нелинейных деформаций. Методы. В качестве примера строятся графики приведенных скоростей волн деформаций сдвига в зависимости от интенсивности деформаций сдвига и значения механических констант материала для трех математических моделей сплошной среды: модель 1 соответствует геометрически-нелинейному аналогу линейной теории упругости; модель 2 соответствует геометрически-нелинейному аналогу теории малых упруго-пластических деформаций; модель 3 соответствует геометрически-нелинейному аналогу деформационной теории пластичности сыпучей среды. Выводы. Отмечено, что в полупространстве, механическое поведение которого описывается уравнениями деформационной теории пластичности сыпучей среды, могут возникать ударные волны при непрерывных краевых условиях.

В статье приведены принципиальные схемы и математические модели многоствольных артиллерийских систем, предназначенных для застреливания и извлечения строительных элементов из грунта, описаны результаты численных экспериментов, выполненных на основе предложенных математических моделей и позволяющих изучать динамику многоствольных строительных артсистем во время выстрела. Даны математические прогнозы по заглублению свай в грунт, максимальному давлению в каналах стволов, величины и скорости отката пушек для различных условий заряжания стволов и их технических характеристик. В качестве верификации предлагаемых математических моделей описаны результаты экспериментов для одноствольных артиллерийских орудий, являющихся частным случаем многоствольных пушек.