Моделирование поведения цилиндрических оболочечных конструкций, ослабленных отверстиями при приложении нагрузки, равномерно распределенной по поверхности, с учетом геометрической нелинейности в конечно-элементном программном комплексе ANSYS Mechanical APDL 2022R. Созданы модели цилиндрических оболочечных конструкций, с различными вариантами расположения отверстий, и проведен анализ поведения конструкций при увеличении величины действующей внешней равномерно распределенной нагрузки. Тип материала: изотропный, сталь. Получены графики нагрузка-прогиб. Найдены значения критической нагрузки, при которой конструкция теряет устойчивость и значения внутренних напряжений, возникающих в конструкциях при воздействии критической нагрузки. Кроме того, найдены значения перемещения узлов: центрального и в четверти при воздействии критической нагрузки.

Ключевые слова: Оболочечные конструкции, напряженно-деформированное состояние, потеря устойчивости, метод конечных элементов, прогиб, закритическое поведение, геометрическая нелинейность, пошаговое приложение нагрузки, график зависимости «нагрузка – прогиб»

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.9 - Строительная механика

Одной из актуальных проблем в области анализа нагрузок и воздействий на несущие конструкции является их идентификация. Имеется в виду точка приложения тип воздействия и его интенсивность в случаях, когда имеется результат воздействия, а параметры, вызвавшие этот результат не определены. Например, это аварийное воздействие, в результате которого система получает деформации и разрушение. Решение таких задач возникает при анализе аварий на несущих конструкциях в строительстве, а также при мониторинге деформированного состояния сооружений во времени. В статье предлагается использовать принципы нейросетевого моделирования для решения задачи идентификации воздействия в виде сосредоточенной силы на примере балочных систем. Входными данными в нейроны считаем значения линейных и угловых узловых перемещений при некотором воздействии. В качестве примера рассматривается линейно- деформируемая балка постоянной жесткости, материал которой является сплошной изотропной средой.

Ключевые слова: нейронная сеть, прогибы, несущая конструкция, перемещение, деформация, идентификация

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

На примере балок рассматривается динамика систем с односторонними связями. Предложен алгоритм расчета таких систем как комбинация шаговых метода Ньюмарка и алгоритма Лемке, определяющего рабочую схему балки на каждом временном шаге. Рассмотрены модельные задачи при гармонической возбуждающей силе, внезапно приложенной силе, импульсном воздействии. Исследована численная сходимость решения при сгущении временной сетки. Показано, что точность решения существенно зависит от определения момента смены рабочих схем, поскольку погрешность решения нарастает с увеличением событий «включение/выключение» односторонних связей.

Ключевые слова: конструктивная нелинейность, односторонние связи, линейная задача дополнительности, алгоритм Лемке, динамика сооружений, метод Ньюмарка

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

Предложена новая строительная конструкция - стальная сварная двутавровая балка с преднапряженной перфорированной стенкой. Преднапряжение в балке создается с помощью вытягивания стенки и последующей сварки с поясами. До преднапряжения в стенке вырезаются отверстия. С применением программного комплекса ЛИРА-САПР, предложена модель, которую можно использовать для исследования работы конструкции преднапряженной перфорированной балки (ПНПБ). Исследуется влияние различной формы пустот в стенке на изменение напряженно-деформированного состояния стальных двутавровых балок, предварительно напряженных вытяжкой стенки. Проведена предварительная оценка о благоприятном влиянии создания преднапряжения в обычной перфорированной балке на напряженно-деформированное состояние балок с разной формой перфораций в стенке.

Ключевые слова: стальные конструкции, предварительное напряжение, численный эксперимент, нормальные и касательные напряжения, несущая способность

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

В статье рассматриваются современные подходы к расчету закладных деталей с помощью наиболее распространенных в проектной среде вычислительных комплексов. Основной целью работы является сравнительный анализ напряженного-деформированного состояния опорных пластин и анкерных стержней при расчете в различных вычислительных комплексах для получения наиболее достоверных и полных результатов необходимых проектировщику для обеспечения надежности при проектировании узлов строительных конструкций. Помимо вышеизложенного в статье акцентируется внимание на обеспечении жесткости опорных пластин, в случае соблюдения которой, узловой конструктивный элемент способен выдерживать однократное импульсное воздействие.

Ключевые слова: вычислительные комплексы, закладные детали, методы расчета, расчетные ситуации, коэффициент динамичности, прочностные показатели

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

В работе представлена методика расчета напряженно-деформированного состояния составных металлодеревянных балок с учетом податливости связей в нелинейной постановке с использованием программного обеспечения SCAD. В ходе расчета определена картина распределения напряжений и деформаций, приближенная к реальной. Определены концентрации напряжений, которые способны инициировать разрушение конструкции. Определены опасные участки, позволяющие предсказать режим разрушения конструкции, для организации мероприятий по усилению. Результаты численного эксперимента подтверждаются материалами физических испытаний.

Ключевые слова: деревянная конструкция, составная балка, податливая связь, расчет, метод конечных элементов, напряженно-деформированное состояние, соединение, металлодеревянная балка

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

Следствиями устоявшегося представления о трещиностойкости железобетонных конструкций являются два типа инженерных расчётов: на образование трещин и на ограничение их ширины раскрытия. Такой взгляд основывается на определенных допущениях (в статье рассмотрено семь наиболее значимых), с одной стороны, упрощающих расчёт до возможности его выполнения «вручную», с другой стороны - пренебрегающих какими-то реальными физическими процессами, происходящими в железобетоне под нагрузкой. Допущения можно разделить на две группы: а) физические – первичные допущения, связанные с упрощением либо полным пренебрежением некоторыми реальными физическими процессами, происходящими в железобетоне под нагрузкой; б) модельные – вторичные допущения, связанные с математическим описанием работы железобетона с учётом упрощений из предыдущего пункта «а». На первом этапе исследований подробно рассмотрены допущения первой группы. Для их уточнения и повышения достоверности и объективности получаемых ре-зультатов расчёта трещиностойкости представлен формальный алгоритм построения альтернативных моделей железобетона. Его суть - в интеграции моделей механики разрушения и теории накопления повреждений.

Ключевые слова: железобетон, трещиностойкость, момент трещинообразования, ширина раскрытия трещин, коэффициент пластичности, повреждаемость, нелинейная механика разрушения

2.1.5 - Строительные материалы и изделия , 2.1.9 - Строительная механика

В статье проведено исследование пологой упругой сферической оболочки на прямоугольном плане, подкрепленной ребрами по контуру, при нагружении равномерно распределенной нагрузкой. Задача решается численно с применением вариационно-разностного подхода, с учетом геометрической нелинейности и деформаций поперечного сдвига оболочки и ребер. Получены зависимости критической нагрузки от жесткостей оболочки и ребер.

Ключевые слова: пологая сферическая ребристая оболочка, ребра, устойчивость, геометрическая нелинейность, вариационно-разностный метод, жесткость ребер, соотношение жесткостей, критическая нагрузка

1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.9 - Строительная механика

В статье рассмотрены методы для определения частоты собственных колебаний и коэффициента динамичности консольно закреплённой стальной балки. В качестве методов использовался аналитический, метод конечных элементов в программной среде ANSYS и экспериментальный на вибростенд при двух способах нагружения: синусоидальной вибрацией методом качающейся частоты и широкополосной случайной вибрацией. Полученные значения частот собственных колебаний согласуются в рамках относительной погрешности 15%, значения коэффициентов динамичности – в рамках относительной погрешности 5%. Метод конечных элементов хорошо согласуется с аналитическим, притом требует выполнения меньшего количества операций для более сложных конструкций. Отличия в результатах экспериментов вытекают из различий методов нагружения объекта исследования.

Ключевые слова: амплитудно-частотная характеристика, метод конечных элементов, ANSYS, частота собственных колебаний, метод качающейся частоты, широкополосная случайная вибрация

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

Рассмотрено применение газодинамического метода с использованием нелинейной динамики к расчету встроенного в нижний этаж подземного сооружения на воздействие воздушной ударной волны с учетом обрушения надземной части здания. Известно, что воздействовать на встроенные подземные сооружения, предназначенные для защиты населения и территории от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, может возможное обрушение или завал от вышестоящего здания, при напоре на него воздушной ударной волны. Данная задача является актуальной, так как действующие методики основаны на линейных статических методах расчета и предполагают определенные допущения, в том числе, при расчете на обрушение, и все это может привести к трудно оценимым погрешностям в результатах расчётов. Поэтому, при решении данных задач, которые являются высоконелинейными, а сами рассматриваемые процессы быстротекущи, необходимо рассматривать применение более адекватных и точных методов, основанных на более строгих постановках, каким и является газодинамический метод с использованием нелинейной динамики.

Ключевые слова: аварийные взрывные воздействия, воздушная ударная волна, импульсные воздействия, нелинейная газодинамика, фаза сжатия, фаза разряжения, подземные сооружения, “Ambient”-элементы, эйлеровые сетки, прогрессирующее обрушение, обрушение конструкций

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

В статье рассмотрена методика приложения динамических воздействий на цилиндрические сетчатые покрытия. Обоснована необходимость учета колебательных процессов от работающих устройств и в случае механической поломки прикрепленного оборудования. Учтены особенности построения конструкций и расположения статических нагрузок. Приведен конкретный числовой пример в рамках применения прикладного программного обеспечения. Принята рациональная форма сетки с диагональным элементом посредине и получены приемлемые соотношения геометрических параметров. Указаны определяющие математические зависимости и показан процесс моделирования динамической нагрузки. Осуществлено прямое интегрирование уравнений движения. Выявлены закономерности влияния колебательных процессов на работу покрытия и получена наглядная визуализация результатов. Зафиксированы экстремальные значения силовых факторов и параметров деформирования конструкции на заданном интервале времени.

Ключевые слова: цилиндрическое сетчатое покрытие, прямое интегрирование уравнений движения, динамическое воздействие, силовой фактор, параметр деформирования

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика

Рассмотрены точки концентрации напряжений в сечениях конструкционных элементов. К ним, в частности, относятся вершины трещин, которые могут появиться как в процессе эксплуатации, так и в результате нарушения технологии их производства. Получены значения коэффициентов интенсивности напряжений в окрестности трещин в рассматриваемых сечениях с угловыми точками контура. Кроме того, проведено исследование показателей в асимптотическом решении задачи теории упругости для тел из изотропных материалов в окрестности угловой точки сечения стержневого элемента конструкции, где стороны (или одна из них) поддерживаются тонким покрытием. На другой стороне угловой области предполагаются различные условия ее подкрепления, в том числе наличие тонкого упругого покрытия. Математически решение задачи приводится к решению трансцендентного характеристического уравнения, то есть к задаче нахождения корней уравнения, которое строится из условия существования ненулевого решения системы линейных однородных уравнений. Были определены характеристики компонент напряжений для различных комбинаций граничных условий, физических и геометрических параметров. Сделаны качественные выводы. В частности, установлены комбинации значений этих параметров, при которых поведение напряжений в угловой точке сечения становится сингулярным.

Ключевые слова: коэффициент интенсивности напряжений, изотропные упругие тела, конструкционный элемент, угловая точка сечения, трещина, тонкое упругое покрытие, граничные условия, характеристическое уравнение, концентрация напряжений

1.1.8 - Механика деформируемого твердого тела , 2.1.9 - Строительная механика

Уникальное здание центра науки и искусства смоделировано в качестве варианта комплексного освоения территории старого ипподрома в г. Ростов-на-Дону. Выполнен анализ формообразования вертикальных внешних коммуникационных параметрических структур для сферического объекта. По результатам рассмотрения десяти форм определена рациональная форма «Тюрбан», которая сохраняет постоянный комфортный уклон, а при чрезвычайных ситуациях может перейти в автономный режим с сохранением жёсткости конструкции. Визуализация интегрирования объекта в городскую среду осуществлено в Rhino 3D с помощью программы визуального языка программирования Grasshopper. Путем комбинирования специализированных нодов осуществлено моделирование дорог и объемной геометрии зданий, объекта исследования, зонирование и считывание информации с окружающей территории. Полученная модель позволяет оценить эстетичность и комфортность городской среды в случае строительства нового объекта.

Ключевые слова: уникальные здания, моделирование, параметрическая архитектура, городская среда, Grasshopper

2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика