WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

НИКУЛИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТЕРЖНЕВЫХ И

ОБОЛОЧЕЧНЫХ СИСТЕМ (применительно к пилонам мостов)

01.02.04Механика деформируемого твердого тела

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический

университет».

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Ковырягин Михаил Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Антоненко Эрик Васильевич кандидат технических наук, доцент Жигалов Максим Викторович Ведущая организация – ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурностроительный университет»

Защита состоится " 30" мая 2006 года в 15 часов в ауд. 319 на заседании диссертационного совета Д 212.242.06 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научнотехнической библиотеке при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан "_" апреля 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета В.В.Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача, состоящая в совершенствовании адаптации высотных конструкций к экстремальным воздействиям в виде порывов ветра, ударных импульсов, вибрационных нагрузок. Рассматриваются как пассивные схемы противодействия, так и активная схема управления динамическим поведением. Наряду с широким обзором известных работ по теме исследования и детальной разработкой нескольких методов регулирования динамического поведения приводятся рекомендации по внедрению результатов.

Актуальность темы. Вертикально стоящие стержневые системы, имеющие реальное воплощение в виде высотных памятников, антенн, дымовых труб, пилонов висячих и вантовых мостов являются широко применяемыми элементами современных сооружений.

К настоящему времени построено и планируется построить значительное количество этих сооружений. Процесс проектирования сталкивается с трудностями оценки динамического поведения этих конструкций, которое изменяется от жесткости, прочности.

Трудности расчета и анализа динамического поведения вызваны возможной сложной схемой взаимодействия с опорным элементом, что приводит к многоточечной краевой задаче. Значительно сложнее решается задача об учете характера нагрузки и деградации свойств материалов. Большие возможности применения сдерживаются трудностями расчета и проектирования.

Ввиду сложности и ответственности стоящих перед проектировщиками задач разрабатываются системы мониторинга. Результаты его являются основой разработки моделей и методов расчетного анализа динамического поведения этих конструкций за короткий промежуток времени, что накладывает определенные ограничения на точность моделей, сложность и реализацию алгоритмов. Такого рода моделирование опирается на широкое использование компьютеров.

При переменных возмущениях возникает необходимость управления колебательными процессами в конструкциях, что еще более усложняет задачу в вычислительном плане. С одной стороны, это усложнение требует уточненной характеристики нагрузок, а с другой ­­ для удобства использования стандартных программ исследуемую математическую модель приводят к стандартному виду, к форме Коши, то есть к системе уравнений первого порядка. Как показал Ю.П.Петров, это преобразование не всегда дает устойчивое решение при вариациях некоторых коэффициентов.

Работа посвящена постановке и решению задачи регулирования динамического поведения высотных конструкций, подвергающихся экстремальным внешним воздействиям с учетом предстоящих процессов деградации.

Целью диссертационной работы является:

постановка задач регулирования динамического поведения высотных сооружений, аппроксимируемых вертикально стоящими стержнями с использованием специально построенных динамических моделей, учитывающих как прочностные и жесткостные свойства, так и их деградацию;

построение методик и алгоритмов решения уравнений динамических моделей, описывающих динамическое поведение вертикально стоящих стержней и дающих возможность активно управлять этим поведением;

численное моделирование динамического поведения вертикально стоящих стержней при различных внешних воздействиях и режимах управления;

анализ полученных решений с целью выработки рекомендаций по выбору наиболее эффективного способа управления динамическим поведением конструкций, подвергающихся экстремальным внешним воздействиям с учетом деструктивных процессов.

Направление исследований лежит в области применения принципов и методов активного регулирования и управления динамическим поведением элементов конструкций при сложном динамическом воздействии.

Методы исследований включают математическое моделирование динамического поведения вертикальных стержневых систем с использованием алгоритмов регулирования, выражающееся в составлении дифференциальных уравнений движения в соответствии с различными расчетными схемами; решение этих уравнений при различных граничных условиях аналитически и численно с использованием реальных возмущений и алгоритмов регулирования.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием фундаментальных принципов механики деформируемого твердого тела и вытекающих из них гипотез и предположений, контролем выполнения последних в ходе решения задач, использованием надежных численных алгоритмов, корректностью формулировок задач, единым подходом к их решению. В тех случаях, где возможно, проведены сравнения полученных численных результатов с экспериментальными данными.

На защиту выносятся:

модели динамического поведения вертикально стоящих элементов с учетом экстремальных воздействий, деструктивных процессов и регулирующих воздействий;

постановка задач активного управления динамическим поведением вертикально стоящих элементов конструкций, оценка живучести и работоспособности элементов конструкций по динамическому отклику на стандартное воздействие;

методика численного решения задач исследования и управления динамическим поведением вертикально стоящих элементов конструкций, с учетом влияния коррозионного износа на динамическую реакцию;

анализ результатов решения задач численного исследования колебательных процессов, управления этими процессами.

Научная новизна заключается в следующем:

выполнен анализ работ, посвященных расчетным моделям высотных сооружений, описанию динамики этих сооружений дифференциальными уравнениями, решению этих уравнений и возможным корректировкам полученных решений с помощью управляющих воздействий;

сформулированы задачи пассивного и активного управления динамическим поведением элементов высотных конструкций;

построена методика численного решения поставленных задач, составлены алгоритмы и программы расчетов;

предложена методика исследования вопросов устойчивости полученных решений.

Практическая полезность диссертационной работы заключается в постановке и решении нового класса задач пассивного и активного управления динамическим поведением высотных сооружений, аппроксимируемых вертикально стоящими стержневыми элементами.

Реализация результатов осуществлена путем представления разработанных компьютерных программ в институт «Проектмостореконструкция» для применения в разработке проектноконструкторской документации, использования методического пособия по материалам диссертации в учебном процессе кафедры «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались на научнотехнических конференциях Саратовского государственного технического университета (20032005 гг.), 3й Международной научнотехнической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, ВолгГАСА, 2003), Тринадцатой межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, СамГТУ, 2003), Всероссийской научнотехнической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, Мордовский гос. унт им.

Н.П.Огарева, 2003), Всероссийской научнотехнической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (Тула, ТулГУ, 2004), Студенческой научнопрактической конференции «Проблемы железнодорожного транспорта в условиях реформирования отрасли» (Саратов, РГОТУПС, 2004), научных семинарах кафедры «Мосты и транспортные сооружения» СГТУ (20032006 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 14 научных работах и одном учебном пособии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и общих выводов по диссертации, списка использованной литературы из наименования, приложения, содержит 31 рисунок в тексте диссертации и графиков в приложении. Общий объем работы 190 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, дается краткое описание отдельных ее глав, характеристика научной новизны и достоверности.

Первая глава посвящена обзору подходов и решений обсуждаемой проблемы.

Отмечается наличие большого количества работ в данной области, упоминаются имена исследователей, в частности, Н.П.Абовского, М.В.Баранникова, А.Г.Барченкова, А.С.Болотова, В.Г.Болтянского, А.В.Бочкарева, А.Г.Бутковского, Н.А.Бузало, Г.В.Воронцова, Г.В.Гришанина, А.И.Егорова, В.А.Игнатьева, А.Л.Закора, В.Б.Зылева, А.Н.Кабелькова, М.И.Казакевич, М.А.Ковырягина, В.Комкова, Б.Г.Коренева, М.М.Корнеева, Л.В.Кошкина, О.А.Кузиной, В.А.Крысько, П.Д.Крутько, В.И.Максименко, И.Г.Овчинникова, Б.В.Остроумова, А.И.Олейника, Л.С.Понтрягина, Ю.П.Петрова, С.П.Тимошенко, Р.П.Федоренко, В.С.Федий, Ю.В.Шубина, L.Li, S.Montens, D.Manolis, K.Nagase, T.Nobuo, J.Ou, K.Seto, T.Soong, L.Sui, A.Reinhorn, A.Riley, R.Roorda, G.Yao, K.Yoshihiro.

Приведен обзор некоторых управляемых конструкций на стадиях строительства и эксплуатации c результатами расчета и эксперимента.

Дано математическое описание двух моделей динамического поведения вертикально стоящих высотных сооружений. Первая модель подразумевает дискретизацию сооружения на некоторые элементы и включает два случая – метод «постоянного ускорения» и метод Даламбера в совокупности с методом перемещений. Вторая модель рассматривает всю конструкцию в виде упругой стержневой системы. Решение в этом случае получено С.П.Тимошенко для различных случаев закрепления и нагрузки. Более точные результаты с использованием функций Крылова опубликованы в работах Э.В.Антоненко и его учеников.

Основным выводом по обзору является признание факта отсутствия методов, позволяющих выполнить синтез оптимального регулятора активной системы регулирования динамического поведения конструкции на существующих программных продуктах.

На основании обзора и анализа опубликованных решений поставлены задачи исследования.

Вторая глава посвящена моделированию вертикально стоящих высотных сооружений при динамических воздействиях. Приводятся основные понятия, определяющие колебательные процессы в высотных сооружениях, например пилонах вантовых мостов (рис. 1). Даются рекомендации по проектированию, приводится описание реальных условий эксплуатации.

Рис.1. Пример вантового моста с пассивным регулированием динамического поведения пилона через реку Обь около г.Сургут Рассматривается влияние коррозии на динамическое поведение высотных конструкций. При этом площадь поперечного сечения в момент времени ti будет определяться выражением, где k – коэффициент, отражающий тип профиля; L0 – начальный периметр; А0 – начальная площадь; параметр коррозионного износа, определяемый в соответствии с принятой моделью коррозионного износа.

Pages:     || 2 | 3 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.