Введение к работе
Актуальность тени данной диссертации определяется необходимостью дальнейшего совергеиствования методов и алгоритмов ргісчетп строительных конструкций и разработки эффективных вычислительных программных комплексов, используюшн постоянно возраставшие возможности современных ЭВМ
Стертаевые и комбинлроьанные системы Ш'.роко распространен;! в строительной практике, обладают впокой несущей способностью г ст-носите-1; 40 низкой материалоемкостью. Гибкость стерян* вых ксг.зтрук-ций и их повыпениая чувствительность к динамическим .,агру?кам требуют уточнения расчетных схем и математических моделей, уч-эта свойств физической и геометрической нелинейностеЛ при выполнении динамических расчетов.
Особый интррес представляют исследования колебаний сложных по форме конструкций при кратковременных воздействиях. В инженерной практике встречаются самые разнообразны^ источники таких воздействие забивка свай, взрывные работы, :; :млетрясения, предприятия взрывоопасного производства, патрулей ударного типа, возникайте в результате аварийных ситуаций на транспорте и т. п.
*? развитием ЭВМ появляется возможнесть исследовать живучесть сооружений при авариях и катастрофах. Внезапные разрушения отдельных элементов конструкции оказываю" на остальную ее часть воздействие .такяе кратковременного характера и требуют учета конструктивной нелинейности при численном моделировании.
Большой объем вычислительных затрат при выполнении динамических расчетов строительных конструкций на кратковременные воздействия делают актіальной проРле^ соверше н.твования методов и алгоритмов рясч- та.
Цель работы заключается:
в разработке методики и эффективных алгоритмов статического и динамического расчета сложных комбинированных стержневых систем с
УЧЄТСіМ фИЗНЧеСКОЙ, Геометрической И КОНСТРУКТИВНОЙ НЄЛІНіЄЙНОСТЄЙ;
в создании программного комплекса, ориентированного на выполнение расчетов нелинейных колебаний стр отельных конструкций при кратковременных воздействиях;
в апробации и оценке эффективности разработанных алгоритмов і'^і примерах рЬсчета различных стержневых систем и проведении численных исследований.
Научная новизна работы состоит в следующем:
предложена методика учета физической, геометрической и конструктивной нелинейностей в уравнениях динамического равновесия МКЭ;
построен универсальный КЭ балки Тимошенко с высокоточной аппроксимацией перемещений и сформирована библиотека линейных \< нелинейных стержневых элементов;
предложена модификация метода Ныомарка интегрирования уравнение МКЭ по времени с переменным шагом;
разработан алгоритм укороченного шага по времени для решения конструктивно нелинейных задач;
усоЕерженствоваї- метод дискретных торможений и на его основе построен алгоритм статического- расчета конструкций;
на основе методов упругих решений и Ныотона-Рафсона разработан многоуровневый итерационный алгоритм решения системы нелинейных уравнений ЫКЭ на временном шаге о автоматической локализацией итераций на каддом уровне;
предложена специальная процедура коррекций невязки и поправки в линейных итерациях, позволяющая включать в расчетные схемы бесконечно мэеткие элементы и учитывать односторонние связи;
Достоверность численных исследования подтверждается сопосуая-лением результатов динамических расчетов с известный аналитическим решением (колебания балки при падении "на опоры) и с данным:: эксперимента, пр веденного другими авторами (переезд полуприцепа-кол. ін-ново&а через дорожную неровность).
Практическая ценность работы саїш.чается в создании на базе paapaO'.viiciHx алгоритмов програмного комплекса "ИШТУЛЪС", предназначенного для выг, лнения динамических и статических расчетов. строительных конструкций по методу конечных элементов с учетом физический, геометрической и конструктивной нелинейностеи, предварительного напряжения, бесконечно кестких элементов и односторонних связей. Широкое использование в комплексе итерационных, методов ре-вения системы уравнений ЫКЭ и автоматической локализации итераций позволяет экономично.расходонать оперативную память ЭВМ и значительно уменьшить Бычислительние затраты при расчете конструїщий на кратковременные воздействия.
Разработанный комплекс програми шкет быть рекомендован для применения в проектных и научно-исследовательских организациях. Результаты расчетов, вышльо'!нцх по комплексу "ИШУЛЬС", использованы в проектных института? W4ICK (г. Киев) и ІШИИОШТІ Госстроя СССР и вузами Московским и Ворс-лежким ИСИ. Акты внедрения прилагаются.
Работа выпс інена в рамках'государственной комплексной программы "Строительство" по третьему научному направлению, тема N 3.10.
Апробация работы проведена путем представления и обсуждения докладов: на 42 - 46 научных конференциях Воронежкого инженерно-строительного института в 1987,--1991 годах; на Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы строительства" (г. Воронеж, 1987); на Всесоюзной конференции "Проблемы механики желевгрдорозяюго транспорта" (г. Днепре-
нетроьпк, І9М); на Шжреснубликанской научно-технической конференцій "Численные меи.ды руї'.-ния вадіч строительной механики, теории улругости и плас; --шости" (г. Волгоград, 1990); на научном семинаре ІШИСК (I. Клев, 1992).
Публикации: основное содержание диссертационной работы налобно в десяти публикациях
Структура и объем работы: введение, четире главы, заключение, список литс/?.туры (107 наименований) и приложение; материалы диссертации (без приложения) включают 150 страниц машинописного текста, 66 рисунков, 9 таблиц.