Введение к работе
Основной задачей строительной механики является разработка таких методов расчета конструкций и сооружений на прочность, жесткость и устойчивость, которые при достаточной экономичности конструкций обеспечивали бы безопасность сооружений в течение всего срока их эксплуатации. Сегодня к методам расчета предъявляют повышенные требования - расчет сооружений должен давать исчерпывающий прогноз об их работе на всех этапах существовашы. Для ре-I! гния подобной задачи необходимо использовать уточнеїшьте расчетные модели для того, чтобы в численном эксперименте адекватно- отразить все особенности реакции системы на внешние возмущения. Усложнение расчетной схемы проводится по двум основным направлениям. Первое заключается в использовании уточненных физических >5 геометрических зпчисимостей, моделїфующїг-: процесс деформации ;леиентар;;ого о5ъ;л.:с сссдм зо времени. Второе связано с разработке:': м-ітс^о:: :: «лг'.у^йтг'ов расчета, /інзнсляеопщх повысить качество зїіпвок^їїмагоїь: з>с їг^ос'г^яіістг.їїгзїми її "ременным координатам Кроме саь5ос-:'ь:стсль:;ого zumaiuia в раечетал сложгу/л прострап-отменных тетер: второе направление срганиі?еск!ї дополняет перпоч, т.к. расчет сооружении с учетом усложненных свойств материала, еде-..'vV'v- nw.y\o:\s.T.> ."/ '.'.С'Ютіь-.'-.-.-пїм.-.? со;.v.- <гл-. ,'.:-;т75стгі7оП '-тс""ггт!е-
тивным является использование явных схем прямого интегрирования нргтяігаонарньїх задач, т.к. соответствующая система разрешающих
іпсугольной нптр:іт:сГ', ^"їітїм^тоі'.'єй мзлмй о^ъем памяти и оораще-мпс которой тривиально, Однако известные явные схемы - условно устойчивые, и их применение ограничено достаточно короткими временными интервалами.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Актуальность темы связана с разработкой явных абсолютно устойчивых схем интегрирования нестационарных задач механики и с разработкой на их основе алгоритмов расчета нестационарных задг'ч для вяэкоупругопластических систем и определения предельной поверхности в пространстве "нагрузка - времл". Иными словами, алгоритмов определения нагрузки, вызывающей потерю несущей способности сооружения в период срока его эксплуатации или определения "безопасного" времени действия серии детерминироваьных нагрузок. Кроме того, актуальна реализация разработанных алгоритмов и методов в программных комплексах решения задач строительной механики.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ состоит в разработке прямых методов, алгоритмов и программ для решения широкого класса нелинейных нестационарных задач строительной механики.
В частности, а цели работы входилч:
разработка общего метода построения явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования,
разработка явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования линейных н нелинейных задач динамики сооружений;
разработка явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования задач тепло-массообмена и технических теорий ползучести;
разработка эффективных итерационных методов решения задач статики;
приложение разработанных явных шаговых методов к решению задач нелинейной теории упругости и пластичности наследственного типа;
- приложение полученные явных схем к определению предельной по
верхности в пространстве "нагрузка-время" для вязкоупругопластиче-
ских систем при статическом и динамическом нагружении;
- разработка алгоритмов и программ, реализующих предложенные ме
тоды.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Основные новые результаты диссертационной работы состоят в следующем:
-
разработай общий метод построения явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования нестационарных задач. Показана связь метода с известными;
-
разработана группа явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования линейных и нелинейных задач динамики сооружений;
-
разработана серия явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования задач тгяло-массообмена и технических теорий ползучести;
<'} ппокедено ї'сслсдозапио точности сазработглшьз" с/.ем прк радами'-'; жестких систем уравнений, моделирующих г.адг.чи эвелювделноге т:--:-
51 разработаны итерационна методы решения задач статики и ппозе-дена их апробация для ц;:$рокеп; іеругг задач і; ергкнежї о -л ; есїі-:ьїиі! нетодантг
6;. разработанные оные схс-г-їь: лслсіллл-Лїїь :: сочетали» с і.мк'.сінь!-ми методами решения задач нелинейной теории упругости и пластичности наследственного тапа;
7) разработанные схемы ксїимененьз !? сочзс-аЕшм с шаговыми мегода-ми определения предельной нагрузки и предельного времени ДЛЯ БЯЗ-коупругопластических систем; при этом построены отдельные меюлы для определения "быстрой" и "медленной" предельных нагрузок;
8) разработанные алгоритмы и методы реализованы в конечноэле-менгаых комплексах "КЛЕН" и "ПОЛЮС". Комплексы построены на основе концепции объектно-ориентированного программирования и организованы по принципу интерактивного ввода и вывода исходной и расчетной информации в графической форме. Комплексы снабжены развитой библиотекой сервисных функций, автоматазирующей процесс подготовки исходной информации и анализа результатов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ состоит в том, что разработанные в диссертации методы, алгоритмы и программы могут быть использованы при решении широкого круга прикладных задач расчета строительных конструкций на пазличчых этапах их эволюции, вплоть до разрушения.
Предложенные методы решения нелинейных нестационарных задач и определения предельных нагрузок и воздействий динамического или медленного эволюционного характера использованы при конструировании программных конечноэлементных комплексов "КЛЕН" и "ПОЛЮС".
Полученные в диссертации теоретические результаты - методы, алгоритмы и реализующие их программы - могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования, конструирования и технологической подготовки производства.
Разработанные методы и программное обеспечение внедрены в ряд научных и проектных организаций, в том числе: в Ростовский НИИ радиосвязи, ПЯ В-8209, НИИ геофизики АН УССР, НИИ прикладных проблем механики и математики АН УССР, ПТАМ Миронова Е.И., а также при выполнении ряда расчетных работ уникальною характера, как то: расчеты конструкций антенного устройства на сейсмическое и ветровое воздействие; расчет пространственного кар-
каса 70-метрового здания гражданского назначения на динамическое воздействие; эволюционный расчет ряда сооружений в аварийном со- _ стоянии при совместном учете работы "грунт - фундамент - верхнее, строение"; при проектировании объектов СКЖД. Разработанные ме-, тоды и программное обеспечение внедрены в учебный процесс Рос-товской-на-Дону государственной академии строительства и Ростовского архитектурного института при выполнении курсового и дипломного проектирования, а также в качестве подкурса дисшшлшш "Вычислительная механика" (копии актов внедрения приведены в диссертации в приложениях).
-
разработанный новый общий метод построения явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования нестационарных задач.
-
разработанная новая группа явных абсолютно устойчизьїх exes: прямого интегрирования жшегшых и нелинейных задач динамики сооружении-
-
разработанная полая серия явных абсолютно устойчивых схем прямого интегрирования задач тепло-массообмена и технических теорий ползучест;:;
-
разработанные новые итерационные методы решения задач статики сооружений.
-
сочетание разработанных схем с шаговыми методами определения предельной поверхности в пространстве "нагрузка - время" для вязко-упругопластическихсистем;
-
концепция построения программных конечноэлсметных комплексов на основе объектно - ориентированного программирования.
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы, включающего 228 наименований. В приложения вынесены акты, подтверждающие внедрение. Пол-,
ный объем диссертации 389 стр., включая 187 рисунков и 42 таблицы. Основной текст (без оглавления, списка литературы, рисунков, таблиц и приложения) излагается на 275 страницах машинописного текста.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на V Всесоюзной конференции по статихе и динамике пространственных конструкций (Киев, 1985); на семинаре по строительной механике в ЛПИ (председатель - Л.А.Розин, 1986); на 7 и 8 Всесоюзной школе - семинаре "Методы конечных элементов в механике деформируемого тела" (Запорожье, 1985; Усть-Нарва, 1987); на научно-технической конференции Брестского инженерно-строительного института (Брест, 1986); на всесоюзной школе-семинаре по вычислительной механике (Ростов-на-Дону, 1991); на международной научной конференции "Современные проблемы механики сплошной среды" (Ростов-на-Дону, НИИ ПМиМ, 1995); на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей кафедр Ростовского инженерно-строительного института и Ростовской-на-Дону государственной академии строительства (Ростов-на-Дону, 1982-1996); на объединенном семинаре кафедр прочностного цикла РГАС (1996 г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в 32 работах [1-32].
Автор выражает глубокую благодарность и признательность профессору, доктору технических наук, советнику Российской академии архитектуры и строительных наук, своему научному консультанту Генриху Васильевичу Василькову, советы которого использованы при выборе направления исследований, а также в процессе написания диссертации.