Том 19, № 2 (2023)

Цель исследования - сравнение двух подходов к компьютерному моделированию напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочек инженерных сооружений с учетом несовершенств геометрической формы, возникающих в результате их эксплуатации. Объект исследования - эксплуатируемый стальной вертикальный цилиндрический резервуар для хранения нефтепродуктов с несовершенствами геометрической формы. Первый, так называемый классический, подход предусматривает геометрическое моделирование поверхности оболочки резервуара с последующим импортом геометрической модели в одну из систем конечно-элементного анализа для расчета напряженно-деформированного состояния конструкции и определения ее технического состояния, а также возможности дальнейшей эксплуатации. Геометрическое моделирование поверхности оболочки с несовершенствами выполнено методом двумерной интерполяции на основе обводов 1-го порядка гладкости, реализованной в точечном исчислении. Расчет напряженно-деформированного состояния оболочки произведен в вычислительном комплексе SCAD Office с учетом геометрической и конструктивной нелинейности на основе теории октаэдрических касательных напряжений. Второй подход предусматривает моделирование массива функций отклонения стенки резервуара от вертикали с помощью интерполяции, решение массива дифференциальных уравнений упругой цилиндрической оболочки при осесимметричном нагружении, усовершенствованных за счет введения функций отклонения стенки от вертикали, с последующей двумерной интерполяцией и анализом деформированного состояния оболочки на основе радиальных перемещений, возникающих в стенке резервуара от действия гидростатической нагрузки. В результате эффективного использования двумерной интерполяции в процессе реализации второго подхода удалось достичь значительного повышения быстродействия численного решения при сохранении достаточной для инженерных расчетов точности.

Цель исследования - создание метода учета внутреннего трения, который обеспечивает частотную независимость, учитывает зависимость внутреннего трения от уровня напряженного состояния и является пригодным для физически нелинейных задач при больших и малых перемещениях. Рассмотрен приближенный способ учета демпфирования в пластинах с привлечением стержневой аппроксимации по А.Р. Ржаницыну. Проанализирована дискретная среда Ржаницына с квадратной ячейкой с точки зрения изотропности ее свойств демпфирования. Для восьми характерных направлений ориентации деформаций показано точное выполнение свойств изотропности демпфирования. Дано решение тестового примера, в котором колеблющийся при растяжении стержень рассчитывается по двум расчетным схемам, одна из которых представляет действительный стержень, а другая - прямоугольную пластинку, испытывающую одноосное растяжение, для динамического моделирования которой в свою очередь используется дискретная модель А.Р. Ржаницына. Использование одинаковых параметров демпфирования для действительного стержня и стержней в аппроксимации Ржаницына приводит к близкому затуханию. Разработан приближенный подход к учету внутреннего трения при колебаниях двумерной сплошной среды, а также вариант уточнения сил демпфирования в пластине. Приведен численный пример моделирования затухания в случае рассмотрения геометрически и физически нелинейных колебаний.

В современном строительстве одной из основных причин износа железобетонных конструкций является коррозия арматуры. Из-за нее снижается сцепление арматуры с бетоном, образуются трещины и разрушается защитный слой бетона, вследствие чего снижается несущая способность железобетонных конструкций. Объектами исследования выступили конструкции шламбассейна, которые подвергались воздействию углекислого газа. Описаны характерные дефекты и повреждения, выявленные при визуальном осмотре. Степень воздействия углекислого газа на рассматриваемые конструкции определялась методом фенолфталеиновой пробы, который основан на изменении окраски раствора кислотно-основного индикатора на поверхности бетона и железобетона в зависимости от показателя рН его среды. При проведении фенолфталеиновой пробы выявлено, что pH среды менее 8 на глубине более чем толщина защитного слоя бетона. Выполнен поверочный расчет рассматриваемой конструкции, по результатам которого представлен вариант восстановления и усиления балки с использованием внешнего армирования на основе углеродных волокон FibARM 230/150. Восстановление проводилось с учетом слоя карбонизированного бетона.

Деревянные стропильные конструкции обладают несомненными достоинствами, обуславливающими их широкое применение. В качестве объекта исследования выбраны треугольные стропильные конструкции. Цель исследований - установление зависимости значений усилий в элементах обозначенной конструкции от величины ее стрелы подъема. Представлен расчет треугольной фермы с использованием диаграммы Максвелла - Кремоны. Эффективность предлагаемой методики устанавливалась на основе изучения конструкции деревянной фермы типа «ножницы». Обнаружена следующая закономерность: изменение координаты точек (абсцисс) диаграммы усилий обратно пропорционально изменению f . Определена область рациональных значений стрелы подъема (уклона кровли), при которых величины внутренних усилий стремятся к минимуму. Выявлено, что по мере уменьшения уклона кровли значения приращений усилий в элементах фермы на каждом шаге увеличиваются с 27 % в два раза. На основании графического анализа полученных данных найден диапазон эффективных значений уклона кровли, при котором усилия в элементах фермы принимают минимальные значения. Пользуясь графическим методом определения усилий, можно проверять варианты уклона кровли в поиске рационального решения конструкции фермы типа «ножницы». Таким образом, предлагаемый метод способствует выбору наиболее экономичных конструктивных решений.

Благодаря своей универсальности суперэллипсы становятся все более востребованными в различных отраслях науки. Наибольшее применение они нашли в судостроении. В последнее время появились предложения по использованию суперэллипсов в архитектуре и строительстве. Предлагаются явные и параметрические уравнения поверхностей с главным каркасом из трех заранее заданных суперэллипсов, лежащих в трех координатных плоскостях. Эти уравнения описывают большой набор аналитических форм, пригодных для формирования срединных поверхностей тонких строительных оболочек. Один из суперэллипсов взят в виде окружности. Оболочки можно проектировать на круглом и ромбическом планах, а также на планах в форме суперэллипсов общего вида с выпуклыми и вогнутыми сторонами. Все рекомендуемые поверхности проиллюстрированы на 24 примерах средствами компьютерной графики. С помощью безразмерных независимых параметров на поверхностях сформирована сеть криволинейных неортогональных координат. Рассматриваемые поверхности могут войти в резерв поверхностей для дальнейшего использования в реальных конструкциях и сооружениях.

Цель исследования - определить влияние различных добавок на свойства обычного бетона. В бетонную смесь внесены три вида добавок: желатиновый порошок в качестве связующего, вторичные заполнители и миндальная скорлупа в качестве мелкого и крупного заполнителей. Проведено исследование по определению физико-механических свойств бетона с указанными добавками: прочности на сжатие и растяжение, испытания на ударную нагрузку, на долговечность (водопоглощение) и на глубину проникновения влаги в бетон. Микроструктура бетона изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDXS). Установлено, что при добавлении 70 кг желатинового порошка на 1 м3 бетона его прочность на сжатие и растяжение увеличилась более чем на 22 %; под действием ударной нагрузки начальное и предельное количество трещин составляет 11 и 129, а начальная и предельная прочность трещинообразования - более 223 и 2346 Дж соответственно. Кроме того, показатели долговечности лучше у бетона с добавлением желатина. Результаты, полученные при помощи SEM, демонстрируют, что пониженная прочность бетона с добавлением миндальной скорлупы связана с трещинами и пустотами между цементной матрицей и миндальной скорлупой. Пустоты в бетоне с желатином выше, чем в обычном бетоне. Структура обычного бетона имеет вид гладких кристаллов, а бетона с желатином - острые и кубические кристаллы. Результаты, полученные с помощью EDXS, показали различие в химическом составе: обычный бетон содержит кремний, тогда как бетон с добавкой желатина в вышеуказанных пропорциях содержит кальций и в нем образуется гель C-S-H.