Введение к работе
Актуальность тёг.м„ Тонкостенные конструкции получили широкое применение в строительстве благодаря высокой несуией сік.--собности при сравнительно малой материалоемкости. С внедрением высокопрочных материалов, таких как легированные стали, высокопрочные бетоны, полимербетоны, пластики, тонкостенные.конструкции стали более легкими и чувствительными к динамическим нагрузкам. Поэтому при проектировании этих конструкций значительно возросла роль динамических расчетов.
В последнее вреї/я большое внимание .уделяется разработке более совершенных алгоритмов и методов расчета конструкций, подверженных действию кратковременных шлпульсных нагрузок, сре-ди которых наиболее распространенными являются ударные нагрузки различной интенсивности. Повышенное внимание к расчету на такие воздействия вызвано возросшими потребностям* инженерной практики. Это проектирование промышленных зданий, оснашенных мощным вибрационным з кузнечно-прессовым оборудованием, строительство предприятий взрывоопасного производства, возведение объектов гражданской обороны и т.д. Нагрузки ударного типа часто возникают от быстро движущихся транспортных- средств, в результате различных аварийных ситуаций из-за случайного иаденл:. перевозимых грузов или столкновения транспорта с. элемента;/.!! сооружения. Расчет строительных конструкции на ударные-воздействия оказывается вёсьмз трудоеьжам даже с привлечением сокр>-— менккх ЗВйі, поэтому дальнейшее совершенствование алгоритмов # . методов расчета с целью снижения вычислительных затрат n;,v.r: асает оставаться актуальное задачей.
Цель работы заключается:
в разработке методики и экономичных по вычислительным затратам алгоритмов расчета колебаний тонкостенных строительных конструкций под действием кратковременных имдульсных нагрузок;
в создании программного комплекса для динамического расчета на ЭЬЫ широкого класса пластинчатых строительных конструкций при кратковременных и ударных воздействиях;
в применении разработанных алгоритмов для исследования неустановившихся колебаний'тонкостенных систем в линейной и нелинейной постановках;
в оценке достоверности предлагаемой методики численного расчета путем сопоставления с известными аналитическими реше- . ниями и данными экспериментальных исследований.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана методика расчета вынужденных колебаний тонкостенных конструкций на основе метода конечных элементов(МКЭ)в сочетании с методами многокомпонентного расщепления;
предложена универсальная методика матричных преобразований системы исходных уравнений ЫКЭ в смешанной форме к виду, удобному для расщепления;
предложена эффективная процедура расщепления разрешающей глобальной матрицы системы на элементарные составляющие, соответствующие конечным элементам и отдельным степеням свободы;
для неявных охви шіиртрО^:.': ро^рсботгн »попиті» решения на каждом временном слое системы линейных алгебраических уравнений с автоматической локализацией итерационного ароцесса в зоне возмущения;
исследовано поведение влияющих на сходимость итераций Функций спектральных радиусов итерационных матриц отдельных
конечных элементов в зависимости от шага интегрирования и лес. костных- параметров элементов;
методом Бубнова-Гадеркина построены матричные соотношения прямоугольного конечного элемента пластины с 20 степеням свс-боды в геометрически и физически нелинейной постановке с учетом деформаций сдвига и "инерции вращения;
разработан алгоритм"расчета нелинейных колебаний пластинчатых конструкций на основе метода упругих решений.
Достоверность численных исследований, подтверждается сопоставлением результатов решения ряда задач с известными аналитическими решениями и экспериментальными данными, полученными другими авторами.
Практическая ценность. Разработанные алгоритмы и созданный на их базе программный комплекс позволяет исследовать колебания тонкостенных конструкций под действием кратковременннл импульсных нагрузок в линейной и нелинейной постановках. Алгоритм расчета на основе МКЭ и метода расшеплення экономично расходует оперативную память машины и'может быть реализован на малых и средних ЭБМ. Предложенный алгоритм локальных итераций для решения на временном слое системы линейных алгебраических уравнений позволяет существенно снизить трудоемкость пошагово;;
Процедуры ИеЯВНЬІХ СХЄМ Интегрирования И ПОВЫСИТЬ ЗіірфЄКТДЕНОС'і'і.
численных исследований линейных и нелинейных колебаний конструкций. ' -
Разработанный комплекс программ может быть рекомендован для применения лроекткыши научно-исследовательскими оргйннз':-пиями.
Результаты численных исследований, выполненных по созданному комплексу программ, использованы в проектных органнзмг»!
а учебной процессе вуза.. Акты о внедрении прилагаются.
Агробанка ]>іботи. Результаты работы доложены: на 40-42 научных конференциях Воронежского инженерно-строительного института ь 1935-87 годах; на Всесоюзной научно-технической конференції шлодіїх ученых и специалистов "Актуальные нроблеш строи-Tt-ль'стЕа" (г.Воронеж, 1987) ; на Всесоюзной конференции "ироб-лєілі механики железнодорожного транспорта'Ч,г.Днєгіроііетровск,1988,); на кафедре сопротивления материалов и строительной механики Волгоградского инженерно-строительного Института; на научном семинаре научно-исследовательского института строительных конструк-. цин ( г.Киев ) . ,
рубликяиии По материалам диссертационной работы опубликовано пять статей.
Структура и объем работы. Диссертация-состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (152 наименования) и приложения. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 88 рисунков, 4 таблицы.