авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Метод временного анализа реакции дискретных диссипативных систем в задачах строительной механики

-- [ Страница 4 ] --

Показано, что вычисление реакции системы (как и при решении упругой задачи) связано с решением непрерывного уравнения Сильвестра, которое для случая полной диссипации системы всегда разрешимо однозначно. При С = 0 получено условие безрезонансного режима работы: kn (0). где - частота вынужденных колебаний; n (0) - максимальная собственная частота колебаний упругой системы ( = 1, рис. 14). Коэффициент k > 1 регулирует ширину зарезонансной зоны. При условии n (0) вследствие подвижности спектра частот в упругопластическом процессе в системе возможен резонанс при совпадении параметра с частотами 1(tb), 2(tr) и т. д. ( = 2, рис 14). Реакция системы во временных точках tb, tr.и т. д. имеет резонансные пики (бесконечные при С = 0 и конечные при полной диссипации системы) при невырожденном (рис. 14 и 19, а) и вырожденном (рис. 15 и 19,6) состояниях квазиупругой системы.

В заключительной восьмой главе «Анализ реакции трехэтажного здания при действии кратковременной нагрузки» приведен пример упругопластического анализа колебаний трехэтажного каркасного железобетонного здания с плоской расчетной схемой (рис. 20) на действие кратковременной нагрузки большой интенсивности при t1 = 0.8 с (рис. 4, в). детально рассмотрены все состояния квазиупрутой системы.

Из-за высокой скорости деформирования динамическая жесткость В колонн принята в соответствии с рекомендациями Н.Н. Попова и Б.С. Расторгуева. Коэффициенты жесткости колонн kj = 12Вj/(hj) составили: k1 = k2 = 2.4 кН/см, k3 = 3 кН/см (hj – высота j-го этажа). Значения предельно упругих перемещений колонн этажей здания равны y0j = 1.2 см.

На основе инерционных и жесткостных характеристик конструкции сформированы следующие матрицы: M = diаg (0.1, 0.2, 0.2) кНс2/см,

Матрица демпфирования принята на основе модели (12) с последующей её симметризацией: C = (KT + TK)/2 при = 0.2. Вектор амплитуд динамических сил имеет вид P0 = [8, 5, 5]T кН.

Основные этапы временного анализа здания сведены в табл. 1. Остаточные относительные перемещения определялись по формуле

На диаграмме «восстанавливающая сила - относительное перемещение» (рис. 21) изображены жесткости этажей конструкции в упругопластической стадии. Приведена осциллограмма перемещений верхнего этажа (сплошная линия) на отрезке времени 10 с (рис. 22, а). Для сравнения дана упругая реакция этажа (пунктир) и кривые относительных (штрихпунктир) и статических (точки) перемещений. Вследствие необратимых деформаций свободные колебания здания происходят относительно остаточных перемещений, накопленных по его этажам. Для верхнего узла при t 1.695 с эта величина составила y*1= 10.5 см.

Характер изменения нелинейной восстанавливающей силы верхнего этажа R1(t) (рис. 22, б, сплошная линия) представлен всеми ее составляющими: квазиупругой (штрихпунктир), предельных значений R01(ti) (эта составляющая не равна нулю только на интервале t [0.526, 0.6621] с, совпадая на нем с величиной R1(t) и остаточных усилий R1* (ti) (двойной штрихпунктир). Упругий режим работы здания показан пунктиром.

Полную картину упругопластической работы здания иллюстрируют осциллограммы параметров реакции для всех этажей (рис. 23): (а) - перемещения yj(t), (б) - скорости j(t), (в) - восстанавливающие Rj(t) и (г) - диссипативные Fj(t) силы (пунктиром на рис. 23, а, б показана упругая реакция здания).

В табл. 2 приведены параметры собственных значений: коэффициенты демпфирования и собственные частоты квазиупругой системы.

Характер изменения собственных значений неупругой системы показан для коэффициентов демпфирования (рис. 24, а) и собственных частот (рис. 24, 6).

Полученные значения спектральных норм матриц G и W согласуются с априорными опенками (23), (24). Результаты динамического расчета свидетельствуют о высокой эффективности предлагаемого подхода и перспективности развития метода временного анализа при вычислении нелинейной реакции ДДС.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе. В приложениях дан обзор и изложено состояние вопроса по анализу матричных линейных и квадратичных уравнений (приложения 1, 2), а также приведены программы вычисления динамической реакции для упругой и упругопластической задач (приложения 3, 4).

Основные результаты работы и краткие выводы

1. Предложен новый аналитический подход к динамическому расчету ДДС на нестационарные воздействия в задачах строительной механики - метод временного анализа реакции ДДС, - базирующийся на разработанном методе анализа матричных уравнений линейного и квадратичного вида.

2. Исследованы свойства решения МКУ, доказана обобщенная теорема Виета о сумме и произведении матричных корней; показано, что все решения МКУ структурированы в корневые пары (это понятие введено впервые); предложена итерационная схема определения корней, принадлежащих общей корневой паре, получено условие обобщенной ортогональности матрицы собственных векторов.

3. В замкнутом виде построена полная система разрешающих матричных уравнений упругой ДДС (интеграл Дюамеля) при произвольном характере нагрузки и типе демпфирования. Впервые в структуре подынтегрального выражения интеграла Дюамеля содержится фундаментальная матрица соответствующего однородного дифференциального уравнения движения, построенная на основе решения МКУ.

4. Исследованы важные для приложений динамики сооружений частные случаи интеграла Дюамеля (удар, импульс, вибрационная нагрузка и др.). Впервые в замкнутом виде решена задача о колебаниях произвольной ДДС при действии периодических импульсов прямоугольной и синусоидальной формы. Во всех частных случаях уравнения реакции ДДС имеют простую математическую форму, удобную при выполнении динамических расчетов.

5. Сформулированы и доказаны теоремы состояний, устанавливающие необходимые и достаточные условия невырожденного и вырожденного состояний упругопластической конструкции в процессе ее реакции.

6. Проведен анализ частотного спектра и характера движения упругопластической конструкции по собственным формам в различных деформированных состояниях ДДС. Получены двухсторонние априорные оценки спектральных норм матриц коэффициентов демпфирования и собственных частот в отдельных состояниях квазиупругой системы.

7. Разработаны математические модели неупругого расчета ДДС при движении с диаграммой идеального упругопластического тела при действии кратковременной нагрузки. Дано обобщение временного анализа реакции ДДС за пределом упругости. Впервые уравнение упругопластической реакции получено в нетривиальной матричной форме интеграла Дюамеля.

8. Получено условие малой диссипации в виде априорной оценки верхней границы нормы приведенной матрицы демпфирования.

9. Предложены новые модели демпфирования, не относящиеся к пропорциональному типу демпфирования. Показано, что все известные в литературе условия разделимости уравнения движения ДДС вытекают из общего условия, представляющего собой одно из разрешающих уравнений МКУ.

10. Дан вывод соотношений обобщенной ортогональности собственных форм колебаний произвольной упругой ДДС; показано, что соотношения вытекают из принципа Бетти, распространенного на область диссипативных систем.

11. Дано приложение уравнений реакции произвольной упругой ДДС к доказательству теорем взаимности, вследствие чего: расширена трактовка теорем взаимности и предложен общий, более простой, метод их доказательства.

12. Впервые при общих предпосылках динамической задачи получена аналитическая зависимость между выражениями вектора динамической составляющей реакции упругой ДДС и вектора соответствующей статической составляющей, эта зависимость имеет вид матричной функции, выражающей учет динамического эффекта от действия произвольной нагрузки.

13. Впервые для произвольной упругой ДДС и общем характере внешней нагрузки получены аналитические выражения матриц: динамических податливостей и жесткостей, скоростей и импульсов; показана взаимообратимость матриц скоростей и импульсов.

14. Решены практические вопросы реализации разрешающих уравнений неупругих колебаний ДДС при действии кратковременной нагрузки большой интенсивности. Дано приложение рассматриваемых вопросов к анализу реакции ДДС при синусоидальном законе нагружения со сводкой уравнений полной динамической реакции ДДС в различных состояниях квазиупругой системы.

15. Разработаны матричные алгоритмы и программы по решению МКУ; разработаны алгоритмы и прикладные программы по выполнению временного анализа упругой и упругопластической реакции каркасных многоэтажных зданий с расчетной схемой плоского и пространственного типа на импульсные и вибрационные воздействия.

16. Проделанный временной анализ реакции трехэтажных каркасных зданий с пространственной (в упругой постановке) и плоской (в неупругой постановке) расчетными схемами на нестационарные воздействия, подтверждает высокую эффективность предложенного подхода.

Таким образом, в диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как обоснование и развитие нового научного направления динамики сооружений - теории временного анализа упругих и неупругих ДДС в динамических задачах строительной механики.

Список работ по теме диссертации

1 Леонтьев Н. Н. Потапов А. Н. Очинский В. В. Об одном приеме решения некоторых систем обыкновенных дифференциальных уравнений теории упругости // Исследования по теории сооружений.- М.: Стройиздат, 1987.- Вып. 25.-С. 209-218.

2. Потапов А. Н. О построении решения матричного квадратного уравнения / СтПИ. Ставрополь, 1990..- 9 с.- Деп. в ВИНИТИ 21.05.90, № 2191 -В90.

З. Потапов А. Н. О решении одной задачи на собственные значения / Головной проектный ин-т гражд. стр-ва «Челябинскгражданпроект». Челябинск 1990.- 10с.-Деп. в ВИНИТИ 24.О4.90, №21б9-В90.

4. Потапов А. Н. Прием интегрирования однородных систем обыкновенных дифференциальных уравнений теории упругости // Строительная механика.

строительные материалы и конструкции, технология строительного производства: Сб. докл. науч. конф.- Ставрополь: СтПИ. 1991. -С. 43-51.

5. Потапов А. Н. Анализ свободных колебаний демпфированной системы // Циклические процессы в природе и обществе: Вторая Междунар. конф., 18-23 октября 1994.- Ставрополь: Изд. Ставроп. ун-та, 1994.-С. 55-58.

6. -Потапов А. Н. Матричное квадратное уравнение и его нормальные формы // Циклы природы и общества: Четвертая Междунар. конф.- Ставрополь: Изд Ставроп.ун-та, 1996.-С. 115-117.

7. Потапов А. Н. Метод решения матричного квадратного уравнения в задачах строительной механики // Строительные конструкции и расчет сооружений: Сб. тез. докл. науч.-техн. конф., 3-6 апреля 1996.- Новосибирск: НГАС, 1996 Ч.1. -С. 74-75.

8. Потапов А. Н. Метод решения матричного квадратного уравнения в колебаниях стержневых систем // Реконструкция городов, отдельных зданий, сооружений и конструкций на Урале: Вторые уральские академические чтения (Тез. докл.).- Екатеринбург: УРО РААСН, 1997.- С. 47.

9. Потапов А. Н. Метод сведения к матричному квадратному уравнению в динамическом анализе дискретных диссипативных систем // Реконструкция городов, отдельных зданий, сооружений и конструкций на Урале: Третьи уральские академические чтения.- Екатерин6ург: УРО РААСН, 1997. - С. 104-110.

10. Потапов А. Н. О построении моделей неоднородного демпфирования // Реконструкция городов, отдельных зданий, сооружений и конструкций на Урале: Третьи уральские академические чтения.- Екатеринбург: УРО РААСН, 1997. -С. 111-116.

11. Потапов А. Н. Динамический расчет рам из упруго-пластического материала методом сведения к матричному квадратному уравнению // Строительные конструкции и расчет сооружений: Сб. тез. докл. науч.-техн. конф., 3-6 апреля 1997. Новосибирск: НГАС, 1997. Ч.1. -С. 72-73.

12 Потапов А. Н. Нормальные формы матрицы / ЧГГУ. Челябинск, 1997 - 11 с. -Деп. в ВИНИТИ 15.10.97, № 3059-В97.

13. Потапов А. Н. Математические модели неупругого расчета многоэтажных зданий на динамические кратковременные воздействия // Стройкомплекс: Информ. аналитический журнал.- № 7-8. Челябинск, 1998. - С. 35-40.

14. Потапов А. Н. Метод сведения к матричному квадратному уравнению в динамике дискретных диссипативных систем // Мат. моделирование в механике деформируемых тел. Методы граничных и конечных элементов: Тез. докл. ХVI Междунар. конф.. 23-26 июня 1998 г. - СПб.. 1998.- Т.1.- С. 83-84.

15. Потапов А. Н. Использование интеграла Дюамеля в неупругом динамическом анализе дискретных диссипативных систем // Численные и аналитические методы расчета конструкций: Сб. науч. тр. Междунар. конф., 17-19 ноября 1988.- Самара: Изд-во СамГАСА. 1998.- С. 250-254.

16. Потапов А. Н. Метод сведения к матричному квадратному уравнению в задачах колебаний дискретных систем при неоднородном демпфировании // Проблемы прочности материалов и конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами: Межвуз. науч. сб.- Саратов: СГТУ, 1998.- С. 45-54.

17. Потапов А. Н. Теоремы об упругопластических диссипативных конструкциях при вынужденных колебаниях // Реконструкция городов, отдельных зданий, сооружений и конструкций на Урале: Четвертые уральские академические чтения.- Екатеринбург: УРО РААСН, 1999. - С. 92-96.

18. Потапов А. Н. Прямой метод интегрирования в неупругом динамическом анализе конструкций // Архитектура и строительство. Проблемы развития теории сооружений и совершенствования строительных конструкций: Тез. докл. Республ. науч.-техн. конф., 30 ноября - 1 декабря 1999 г., Томск: ТГАСУ, 1999. -С. 78-79.

19. Потапов А. Н. Анализ внутренних динамических параметров конструкций при неупругих колебаниях // Известия вузов. Строительство. - Новосибирск, 2000.- №6. -С. 31-37.

20. Потапов А. Н. Прямой метод интегрирования уравнений динамического равновесия в анализе колебаний дискретных диссипативных конструкций // Вестник ТГАСУ. - Томск: ТГАСУ, 2000.- № 2. - С. 92-109.

21. Потапов А. Н. Временной анализ неупругой реакции сооружения при действии кратковременной нагрузки // Строительство и образование: Сб. науч. тр. Вып. 4. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2000. - С. 43-46.

22. Потапов А. Н. Обобщение интеграла Дюамеля при упругопластическом анализе конструкций // Известия вузов. Строительство.- Новосибирск, 2001.- №4.-С. 33-39.

23. Потапов А. Н. Соотношения взаимности в диссипативных системах //Известия вузов. Строительство.- Новосибирск, 2001.- № 11.- С. 22-28.

24.Потапов А.Н. Об ортогональности собственных форм колебаний дискретных диссипативных систем//Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура».-Вып.1.-Челябинск: ЮУрГУ, 2001.-№5(05).-С. 39-42.

25.Потапов А.Н., Перескоков Р.Р. Анализ свободных колебаний ствола дымовой трубы //Строительство и образование: Сб. науч. тр.-Вып. 5.-Екатеринбург: ГОУ УГТУ – УПИ, 2002.-С. 104-108

26.Потапов А.Н. Динамический анализ дискретных диссипативных систем при нестационарных воздействиях.-Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003.-167 с.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.