Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | 3 | На правах рукописи
Сазонов Константин Борисович ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ СООРУЖЕНИЙ НЕГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПРИ ВНЕШНИХ ВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ 05.26.02 - Безопасность в чрезвычайных ситуациях
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2011 2
Работа выполнена в Российском университете дружбы народов и в Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Мусаев Вячеслав Кадыр оглы
Официальные оппоненты:
Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Кашпар Леонтий Николаевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник Хомяков Николай Николаевич
Ведущая организация:
Научно-образовательный и внедренческий центр Факультета охраны труда и окружающей среды Российского государственного социального университета
Защита состоится 06 апреля 2011 года в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.203.33 в Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, город Москва, Подольское шоссе, дом 8/5.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов (117198, город Москва, улица Миклухо-Маклая, дом 6).
Автореферат разослан 04 марта 2011 года
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор Л.В. Виноградов 3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Разрушение уникальных объектов от внешних взрывных воздействий может привести к материальному ущербу, большим человеческим жертвам и тяжелым экологическим последствиям. Одной из главных задач обеспечивающих безопасность уникальных объектов машиностроения, энергетики, строительства и других отраслей экономики является определение волновых напряжений. Обеспечение безопасности сооружений неглубокого заложения от внешних взрывных воздействий осуществляется с помощью численного моделирования волновых уравнений теории упругости. Численное моделирование предоставляет возможность исследовать волновое напряженное состояние сооружения неглубокого заложения с помощью вычислительного эксперимента. Математическое моделирование позволяет провести исследование быстрее и дешевле лабораторного и натурного эксперимента. Для обеспечения безопасности рассматриваемого объекта предлагается применять вертикальные полости, которые позволяют управлять волновым напряженным состоянием. Взрывное волновое воздействие, на своем пути встречая полость, будет ее обходить.
Поэтому будет снижаться напряженное состояние в предполагаемом сооружении. На основании представленной информации можно утверждать, что постановка задачи, разработка методики, реализация алгоритма численного моделирования и решение задач о применении вертикальных полостей для защиты сооружения неглубокого заложения от внешних волновых взрывных воздействий, является актуальной фундаментальной и прикладной научной задачей.
Целью работы, является численное моделирование безопасности сооружения неглубокого заложения от внешних взрывных воздействий с помощью вертикальных полостей. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Целью работы является постановка, разработка методики и реализация алгоритма решения задачи о применении полостей для увеличения безопасности сооружения неглубокого заложения при внешних взрывных воздействиях, с помощью численного моделирования волновых уравнений теории упругости.
2. Численное исследование задачи о воздействии плоской продольной волны в виде треугольного импульса с большой линейной нисходящей частью на упругую полуплоскость.
3. Сопоставление с результатами аналитического решения на фронте плоской волны для плоского напряженного состояния.
4. Решение задачи о внешнем взрывном воздействии на сооружение неглубокого заложения без полости.
5. Решение задачи о внешнем взрывном воздействии на сооружение неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к пяти, десяти и пятнадцати).
Научная новизна работы.
1. На основе метода конечных элементов в перемещениях разработаны методика, алгоритм и комплекс программ для решения линейных двумерных плоских задач, которые позволяют решать сложные задачи при внешних взрывных воздействиях на уникальные сооружения неглубокого заложения.
2. Решена задача о распространении плоских продольных упругих волн напряжений в полуплоскости. Исследуемая расчетная область имеет 17112 узловых точек. Решается система уравнений из 68448 неизвестных.
Волновое воздействие моделируется в виде треугольного импульса с большой линейной нисходящей частью.
3. Сравнение результатов для нормальных напряжений, которые получены с помощью метода конечных элементов в перемещениях, при решении задачи о распространении плоских продольных упругих волн в полуплоскости с результатами аналитического решения, показало хорошее количественное и качественное совпадение.
4. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о физической достоверности результатов численного решения полученных, с помощью метода конечных элементов в перемещениях, при решении задач о распространении взрывных волн в деформируемых телах.
5. Решена задача о внешнем взрывном воздействии на сооружение неглубокого заложения без полости. Взрывное воздействие моделируется в виде дельта функции. Исследуемая расчетная область имеет узловых точек. Решается система уравнений из 68448 неизвестных.
Получены напряжения в точках на поверхности упругой полуплоскости около сооружения неглубокого заложения без полости. Растягивающее упругое контурное напряжение k имеет следующее максимальное значение k = 0,349. Сжимающее упругое контурное напряжение k имеет следующее максимальное значение k = - 0,303. Растягивающее упругое нормальное напряжение x имеет следующее максимальное значение x = 0,163. Сжимающее упругое нормальное напряжение x имеет следующее максимальное значение x = - 0,192.
6. Получены напряжения в угловых точках основания сооружения неглубокого заложения без полости. Растягивающее упругое контурное напряжение k имеет следующее максимальное значение k = 0,126.
Сжимающее упругое контурное напряжение k имеет следующее максимальное значение k = - 0,164.
7. Решена задача о внешнем взрывном воздействии на сооружение неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к пяти). Исследуемая расчетная область имеет 17112 узловых точек. Решается система уравнений из 68448 неизвестных.
Рассматриваются точки на свободной поверхности упругой полуплоскости, которые находятся на поверхности между полостью и сооружением неглубокого заложения. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пяти, уменьшает величину упругого растягивающего контурного напряжения k в 2,374 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пяти, уменьшает величину упругого сжимающего контурного напряжения k в 2,78 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пяти, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения x в 2,012 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пяти, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения х в 3,2 раза.
8. Получены напряжения в угловых точках основания сооружения неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к пяти). Полость, с соотношением ширины к высоте один к пяти, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения k в 1,145 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пяти, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения k в 1,864 раза.
9. Решена задача о внешнем взрывном воздействии на сооружение неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к десяти). Исследуемая расчетная область имеет 17112 узловых точек. Решается система уравнений из 68448 неизвестных.
Рассматриваются точки на свободной поверхности упругой полуплоскости, которые находятся на поверхности между полостью и сооружением неглубокого заложения. Полость, с соотношением ширины к высоте один к десяти, уменьшает величину упругого растягивающего контурного напряжения k в 4,256 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к десяти, уменьшает величину упругого сжимающего контурного напряжения k в 6,587 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к десяти, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения x в 3,26 раза.
Полость, с соотношением ширины к высоте один к десяти, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения x в 6,4 раза.
10. Получены напряжения в угловых точках основания сооружения неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к десяти). Полость, с соотношением ширины к высоте один к десяти, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения k в 2,471 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к десяти, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения k в 5,125 раза.
11. Решена задача о внешнем взрывном воздействии на сооружение неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к пятнадцати). Исследуемая расчетная область имеет 17112 узловых точек. Решается система уравнений из неизвестных. Рассматриваются точки на свободной поверхности упругой полуплоскости, которые находятся на поверхности между полостью и сооружением неглубокого заложения. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пятнадцати, уменьшает величину упругого растягивающего контурного напряжения k в 7,425 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пятнадцати, уменьшает величину упругого сжимающего контурного напряжения k в 17,823 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пятнадцати, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения x в 5,433 раза.
Полость, с соотношением ширины к высоте один к пятнадцати, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения x в 16 раз.
12. Получены напряжения в угловых точках основания сооружения неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к пятнадцати). Полость, с соотношением ширины к высоте один к пятнадцати, уменьшает величину упругого растягивающего нормального напряжения k в 2,423 раза. Полость, с соотношением ширины к высоте один к пятнадцати, уменьшает величину упругого сжимающего нормального напряжения k в 9,111 раза.
Практическая ценность работы.
1. Методика и результаты решенных задач рекомендуются для использования в научно-технических организациях, специализирующихся в области защиты сооружений неглубокого заложения от внешних взрывных воздействий с помощью вертикальных полостей.
2. Проведенные в работе исследования имеют как фундаментальное, так и прикладное значение.
Достоверность результатов.
Сравнение результатов нормальных напряжений, полученных с помощью метода конечных элементов в перемещениях, при решении задачи о распространении плоских продольных взрывных волн в виде треугольного импульса в упругой полуплоскости, с результатами аналитического решения, показало хорошее качественное и количественное согласование.
Основные научные положения. Автором защищаются основные научные положения:
1. Методика, алгоритм и комплекс программ для решения линейных двумерных плоских задач, которые позволяют решать сложные задачи при внешних взрывных воздействиях на сооружения неглубокого заложения.
2. Численное исследование задачи о распространении плоских продольных волн в виде треугольного импульса с большой линейной нисходящей частью в упругой полуплоскости.
3. Сопоставление с результатами аналитического решения на фронте плоской волны для плоского напряженного состояния.
4. Численное исследование задачи о воздействии внешней взрывной волны на сооружение неглубокого заложения без полости.
5. Численное исследование задачи о воздействии внешней взрывной волны на сооружение неглубокого заложения с полостью в виде прямоугольника (соотношение ширины к высоте один к пяти, десяти и пятнадцати).
Апробация работы.
Отдельные результаты и работа в целом доложены:
1. На Всероссийской научно-практической конференции Безопасность и экология технологических процессов и производств (Персияновка, Донской государственный аграрный университет, 2007, 2008, 2009 и 2010).
2. На Всероссийской научно-практической конференции Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение (Ростов-на-Дону - Шепси, Ростовский государственный строительный университет, 2007 и 2008).
3. На Всероссийской научно-практической конференции Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение (Ростов-на-Дону - Новомихайловский, Ростовский государственный строительный университет, 2009 и 2010).
4. На ХV, XVI, XVII и XVIII Международной конференции Проблемы управления безопасностью сложных систем (Москва, ИПУ РАН, 2007, 2008, 2009 и 2010).
5. На Международном семинаре Проблемы безопасности сложных систем (Москва, РУДН, 2007, 2008 и 2009).
6. На XLIV, XLV и XLVI Всероссийской научной конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии. Секции физики (Москва, РУДН, 2008, 2009 и 2010).
7. На Международной научно-практической конференции Инженерные системыЦ2008, Инженерные системы-2009 и Инженерные системы2010 (Москва, 2008, 2009 и 2010).
8. На Московской городской конференции молодых ученых Современные проблемы инженерных исследований (Москва, 2008).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 45 работ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Основное содержание изложено на 244 страницах, в том числе текста 80 страниц, рисунков 109 страниц и списка литературы 55 страниц из 386 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Pages: | 1 | 2 | 3 | Книги по разным темам