📄Работа №212307
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТКАЗА НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ЗАПРОЕКТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА ПАРАМЕТРЫ ДИНАМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ ЦЕХА ГОРЯЧЕГО ЦИНКОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Архитектура
Объем:
120 листов
Год:
2016
Просмотров:
42
4650
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Характеристики земельного участка цеха горячего цинкования металлокон
струкций 11
1.2. Технологический процесс цеха горячего цинкования металлоконструкций . 12
1.3. Конструктивное решение здания цеха 13
1.4. Описание конструкции фермы покрытия 16
ГЛАВА II. КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ
2.1. Обзор состояния вопроса
2.1.1 Динамические расчёты диссипативных систем с учётом конструк
тивной нелинейности 18
2.1.2 Учёт влияния коррозионных процессов на несущие элементы системы . . 19
2.2. Основные положения теории временного анализа
2.2.1 Уравнения динамической реакции конструктивно нелинейной ДДС . . 23
2.2.2 Энергетические параметры реакции конструктивно нелинейной ДДС . . . 25
2.2.3 Изменение параметров реакции системы при переходе в i-е состояние . . 25
2.3. Математическая модель конструктивно нелинейных колебаний системы . 28
2.4. Алгоритм вычисления параметров реакции фермы в процессе упругого временного анализа при выключении несущих элементов 29
2.4. Выводы по главе 34
ГЛАВА III. ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ УПРУГИХ КОНСТРУКТИВНЫО НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАНИЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ
3.1. Расчётная динамическая модель варианта А усиления фермы
3.1.1 Внешние динамические параметры 35
3.1.2 Внутренние динамические параметры модели фермы, напряжения
в стержнях, полная механическая энергия 38
3.2. Расчётная динамическая модель варианта Б усиления фермы
3.2.1 Внешние динамические параметры 41
3.2.2 Внутренние динамические параметры модели фермы, напряжения
в стержнях, полная механическая энергия 41
3.3. Временной анализ упругих колебаний фермы покрытия, вызванных внезапным выключением одного из стержней 43
3.3.1 Вариант А усиления фермы 44
3.3.2 Вариант Б усиления фермы 64
3.4. Выводы по главе 82
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЙ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ФЕРМЫ
4.1. Критерии оценки несущей способности конструкции при её переходе в новое
i-е состояние 83
4.2. Оценка влияния отказов элементов на несущую способность фермы 84
4.2.1 Вариант усиления А фермы 85
4.2.2 Вариант усиления Б фермы 91
4.3 Сравнительный анализ степени влияния отказов элементов на несущую способность 2-х вариантов усиления фермы покрытия 96
4.4. Выводы по главе 97
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 98
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 99
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Описание компьютерной программы для проведения временного анализа конструктивно нелинейных колебаний фермы покрытия, вызванных коррозионным растрескиванием материала 113
Приложение Б. Список научных публикаций автора 117
Приложение В. Акт внедрения НИР в производственный процесс 118
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Характеристики земельного участка цеха горячего цинкования металлокон
струкций 11
1.2. Технологический процесс цеха горячего цинкования металлоконструкций . 12
1.3. Конструктивное решение здания цеха 13
1.4. Описание конструкции фермы покрытия 16
ГЛАВА II. КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ
2.1. Обзор состояния вопроса
2.1.1 Динамические расчёты диссипативных систем с учётом конструк
тивной нелинейности 18
2.1.2 Учёт влияния коррозионных процессов на несущие элементы системы . . 19
2.2. Основные положения теории временного анализа
2.2.1 Уравнения динамической реакции конструктивно нелинейной ДДС . . 23
2.2.2 Энергетические параметры реакции конструктивно нелинейной ДДС . . . 25
2.2.3 Изменение параметров реакции системы при переходе в i-е состояние . . 25
2.3. Математическая модель конструктивно нелинейных колебаний системы . 28
2.4. Алгоритм вычисления параметров реакции фермы в процессе упругого временного анализа при выключении несущих элементов 29
2.4. Выводы по главе 34
ГЛАВА III. ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ УПРУГИХ КОНСТРУКТИВНЫО НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАНИЙ ФЕРМЫ ПОКРЫТИЯ
3.1. Расчётная динамическая модель варианта А усиления фермы
3.1.1 Внешние динамические параметры 35
3.1.2 Внутренние динамические параметры модели фермы, напряжения
в стержнях, полная механическая энергия 38
3.2. Расчётная динамическая модель варианта Б усиления фермы
3.2.1 Внешние динамические параметры 41
3.2.2 Внутренние динамические параметры модели фермы, напряжения
в стержнях, полная механическая энергия 41
3.3. Временной анализ упругих колебаний фермы покрытия, вызванных внезапным выключением одного из стержней 43
3.3.1 Вариант А усиления фермы 44
3.3.2 Вариант Б усиления фермы 64
3.4. Выводы по главе 82
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЙ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ФЕРМЫ
4.1. Критерии оценки несущей способности конструкции при её переходе в новое
i-е состояние 83
4.2. Оценка влияния отказов элементов на несущую способность фермы 84
4.2.1 Вариант усиления А фермы 85
4.2.2 Вариант усиления Б фермы 91
4.3 Сравнительный анализ степени влияния отказов элементов на несущую способность 2-х вариантов усиления фермы покрытия 96
4.4. Выводы по главе 97
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 98
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 99
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение А. Описание компьютерной программы для проведения временного анализа конструктивно нелинейных колебаний фермы покрытия, вызванных коррозионным растрескиванием материала 113
Приложение Б. Список научных публикаций автора 117
Приложение В. Акт внедрения НИР в производственный процесс 118
📖 Аннотация
В данной работе представлены результаты исследования влияния отказа несущих элементов на параметры динамической реакции фермы покрытия цеха горячего цинкования металлоконструкций при запроектных воздействиях. Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения безопасности и надёжности большепролётных конструкций промышленных зданий, подверженных риску локальных разрушений от экстремальных динамических нагрузок и коррозионного износа, что регламентировано федеральным законом №384-ФЗ. В результате проведённого численного моделирования с применением метода временного анализа (МВА) установлены количественные зависимости между отказом ключевых стержней фермы и критическими параметрами её динамического отклика, такими как амплитуды колебаний и уровень диссипации энергии. Было показано, что отказ отдельных элементов, имитируемый как полная потеря несущей способности, приводит к существенной перестройке силовых потоков и может вызвать прогрессирующее обрушение. Научная значимость работы заключается в развитии методики оценки остаточной работоспособности конструктивно нелинейных диссипативных систем после повреждения, а практическая – в возможности использования полученных данных для уточнения требований к диагностике и мониторингу состояния реальных конструкций в агрессивной среде цеха цинкования. Теоретической основой исследования послужили работы Я.М. Айзенберга по системам с выключающимися связями, Г.В. Акимова в области коррозии металлов, а также исследования Р.В. Алдушкина по динамике ферм и А.В. Алексейцева по запроектным ударным воздействиям.
📖 Введение
Фермы широко применяются в современном строительстве, их элементы при действии узловой нагрузки работают только на растяжение и сжатие, что способствует наиболее эффективному использованию материала. Часто такие конструкции применяются для перекрытия больших пролётов мостов, промышленных зданий, спортивных сооружений и т.д.
Конструкции современных зданий и сооружений больших пролётов подвергаются действию различных нагрузок (импульсы, взрывы, удары, химическая коррозия и др.), что может стать причиной разрушения (отказа - состояния объекта, при котором он не может выполнять свои функции [102]) отдельных элементов или частей конструкции, что требует: а) проведения проверки несущей способности системы, работающей в повреждённом состоянии на пределе своих возможностей, и б) оценки последствий этих изменений (разрушений).
С 1 июля 2010 г. вступил в силу федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [153], в соответствии с которым выполнение требований безопасности строительных объектов должны быть обоснованы расчётом. Одной из мер безопасности зданий и сооружений является надёжность, которая по [153, 152, 102] определяется, как способность выполнять требуемые функции в течении расчётного срока службы (эксплуатации).
Обзор современных методов расчёта динамических систем показывает, что одним из эффективных аналитических методов, развивающихся в последние несколько лет, является метод временного анализа (МВА) дискретных диссипативных систем (ДДС), основанный на исследовании характеристического матричного квадратного уравнения (МКУ) [96]. Процесс вычисления реакции разбивается на квазилинейные интервалы времени t е [t,-, t/+1], на которых жесткостные, демпфирующие, инерционные параметры расчётной динамической модели (РДМ) постоянны. В качестве граничных (критических) точек ti принимаются моменты выключения (отказа) элементов из работы. Переход системы из i-го в новое (?'+1)-е состояние считается мгновенным. Решение по МВА на квазилинейном интервале строится в замкнутой форме интеграла Дюамеля по аналогии с упругим анализом. В этом случае в процессе анализа необходимо учитывать изменения расчётной схемы сооружения, что порождает ряд сложных и труднодоступных для исследования проблем, таких как учёт влияния демпфирующих свойств системы на колебательные процессы при переходе системы в промежуточное состояние.
Специалисты сходятся во мнении, что в этой области существует недостаток исследований теоретического характера, и, как следствие, отсутствие надёжных и эффективных методов расчёта, которые бы позволяли адекватно учитывать реальную работу конструкции [41].
К эффективным качествам МВА можно отнести следующие возможности, которые будут раскрыты в последующих разделах диссертации:
□ работа с любой моделью демпфирования (в данной работе рассматривается непропорциональное демпфирование) при единственном ограничительном требовании, заключающемся в том, что матрица демпфирования должна быть симметричной;
□ моделирование конструктивно нелинейного поведения системы разрывной кусочно-линейной функцией;
Цели исследования:
1) построение динамической реакции фермы и определение напряжённо-деформированного состояния (НДС) её стержней при внезапном отказе несущих элементов вследствие воздействия химической коррозии на материал;
2) изучение влияния отказов элементов фермы на характеристики собственных колебаний, параметры реакции и параметры НДС стержней, а также на несущую способность фермы в целом;
3) определение критериев для выявления ключевых элементов, отказ которых приводит к наибольшему изменению несущей способности фермы.
Объект исследования - плоская стальная статически неопределимая ферма, как дискретная диссипативная система с конструктивно нелинейными свойствами.
Предмет исследования - изменение параметров реакции ферм и параметров НДС их элементов в процессе конструктивно нелинейных колебаний, вызванных коррозионным воздействием, а также критерии оценки несущей способности фермы.
Задачи исследования:
1) разработка алгоритма временного анализа и составление компьютерной программы на языке MATLAB для исследования динамической реакции и параметров НДС элементов ферм в процессе конструктивно нелинейных колебаний, вызванных коррозионным воздействием;
2) анализ динамической реакции фермы при решении упругой конструктивно нелинейной задачи;
3) выявление элементов, оказывающих наиболее сильное влияние изменение параметров фермы и на её несущую способность на основе ряда предложенных критериев.
Методы исследования. При рассмотрении задач колебаний ферм был использован метод временного анализа, в основе которого лежит исследование характеристического МКУ.
Достоверность результатов исследования подтверждается:
□ использованием в диссертации апробированных методов строительной механики в сочетании с методами высшей математики и аппаратом матричной алгебры;
□ замкнутой формой вычисления интеграла Дюамеля на квазилинейных временных интервалах в процессе колебаний;
□ корректным применением математических моделей нелинейного расчёта как внутри квазилинейных интервалов, так и на их границах.
Научная новизна состоит в следующем:
1) использование метода временного анализа для исследования энергетических параметров реакции сложной системы (фермы);
2) использование метода временного анализа для выявления на основе ряда предложенных критериев «ключевых» элементов, способных оказать наиболее сильное влияние на изменение динамических характеристик, параметров реакции, параметров НДС элементов фермы, а также на её несущую способность в целом.
Практическая значимость. Построенная математическая модель расчёта ферм как дискретных диссипативных систем позволяет в аналитическом виде и с высокой точностью вычислять параметры реакции при нестационарном воздействии на стадиях упругой и упругопластической работы материала конструкции при внезапном выключении несущих элементов. Это даёт возможность выполнять на высоком уровне количественную и качественную оценку НДС системы при изменении внешних параметров расчётной динамической модели (РДМ) (жёсткости, характеристик демпфирования и инерции, параметров воздействия) в ходе временного анализа.
Для расчёта ферм, рассмотренных в работе, был разработан алгоритм определения критических временных точек при переходе расчётной динамической модели из одного квазилинейного состояния в другое. Этот алгоритм положен в основу программы, составленной на языке MATLAB, для проведения конструктивно нелинейного временного анализа ферм при действии коррозионного воздействия. Описание данной программы приведено в приложении А.
Разработки, выполненные в рамках данной исследовательской работы, были внедрены в производственный процесс ОАО «Челябтяжмашпроект», акт внедрения представлен в приложении В.
Положения, выносимые на защиту:
1) алгоритм конструктивно нелинейного временного анализа динамической реакции ферм, включающий оценку их несущей способности;
2) критерии выбора ключевых элементов фермы.
Апробация диссертационного исследования. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на:
1) 66-67-й студенческих конференциях Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск, ЮУрГУ, май 2015-2016 гг.);
2) III-й выставке-конференции научно-технических и творческих работ студентов (г. Челябинск, ЮУрГУ, апрель 2016 г.);
3) Международной научной конференции «Industrial Engineering» (г. Челябинск, ЮУрГУ, май 2016 г.).
Публикации. По результатам исследований подготовлены 3 статьи, из них 1 - в журнале из перечня ВАК и 1 - в журнале, индексируемом в международной базе Scopus (см. приложение Б).
Личный вклад автора состоит в:
□ составлении программ для ЭВМ на языке MATLAB для проведения конструктивно нелинейного временного анализа ферм на действие коррозионного воздействия;
□ обработке, анализе и оформлении полученных результатов расчётов;
□ подготовке материалов для публикаций и участия в конференциях.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 118-ти страницах машинописного текста и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы, включающего 154 наименования, и 3-х приложений. В работе приведены 71 рисунок и 6 таблиц.
Конструкции современных зданий и сооружений больших пролётов подвергаются действию различных нагрузок (импульсы, взрывы, удары, химическая коррозия и др.), что может стать причиной разрушения (отказа - состояния объекта, при котором он не может выполнять свои функции [102]) отдельных элементов или частей конструкции, что требует: а) проведения проверки несущей способности системы, работающей в повреждённом состоянии на пределе своих возможностей, и б) оценки последствий этих изменений (разрушений).
С 1 июля 2010 г. вступил в силу федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [153], в соответствии с которым выполнение требований безопасности строительных объектов должны быть обоснованы расчётом. Одной из мер безопасности зданий и сооружений является надёжность, которая по [153, 152, 102] определяется, как способность выполнять требуемые функции в течении расчётного срока службы (эксплуатации).
Обзор современных методов расчёта динамических систем показывает, что одним из эффективных аналитических методов, развивающихся в последние несколько лет, является метод временного анализа (МВА) дискретных диссипативных систем (ДДС), основанный на исследовании характеристического матричного квадратного уравнения (МКУ) [96]. Процесс вычисления реакции разбивается на квазилинейные интервалы времени t е [t,-, t/+1], на которых жесткостные, демпфирующие, инерционные параметры расчётной динамической модели (РДМ) постоянны. В качестве граничных (критических) точек ti принимаются моменты выключения (отказа) элементов из работы. Переход системы из i-го в новое (?'+1)-е состояние считается мгновенным. Решение по МВА на квазилинейном интервале строится в замкнутой форме интеграла Дюамеля по аналогии с упругим анализом. В этом случае в процессе анализа необходимо учитывать изменения расчётной схемы сооружения, что порождает ряд сложных и труднодоступных для исследования проблем, таких как учёт влияния демпфирующих свойств системы на колебательные процессы при переходе системы в промежуточное состояние.
Специалисты сходятся во мнении, что в этой области существует недостаток исследований теоретического характера, и, как следствие, отсутствие надёжных и эффективных методов расчёта, которые бы позволяли адекватно учитывать реальную работу конструкции [41].
К эффективным качествам МВА можно отнести следующие возможности, которые будут раскрыты в последующих разделах диссертации:
□ работа с любой моделью демпфирования (в данной работе рассматривается непропорциональное демпфирование) при единственном ограничительном требовании, заключающемся в том, что матрица демпфирования должна быть симметричной;
□ моделирование конструктивно нелинейного поведения системы разрывной кусочно-линейной функцией;
Цели исследования:
1) построение динамической реакции фермы и определение напряжённо-деформированного состояния (НДС) её стержней при внезапном отказе несущих элементов вследствие воздействия химической коррозии на материал;
2) изучение влияния отказов элементов фермы на характеристики собственных колебаний, параметры реакции и параметры НДС стержней, а также на несущую способность фермы в целом;
3) определение критериев для выявления ключевых элементов, отказ которых приводит к наибольшему изменению несущей способности фермы.
Объект исследования - плоская стальная статически неопределимая ферма, как дискретная диссипативная система с конструктивно нелинейными свойствами.
Предмет исследования - изменение параметров реакции ферм и параметров НДС их элементов в процессе конструктивно нелинейных колебаний, вызванных коррозионным воздействием, а также критерии оценки несущей способности фермы.
Задачи исследования:
1) разработка алгоритма временного анализа и составление компьютерной программы на языке MATLAB для исследования динамической реакции и параметров НДС элементов ферм в процессе конструктивно нелинейных колебаний, вызванных коррозионным воздействием;
2) анализ динамической реакции фермы при решении упругой конструктивно нелинейной задачи;
3) выявление элементов, оказывающих наиболее сильное влияние изменение параметров фермы и на её несущую способность на основе ряда предложенных критериев.
Методы исследования. При рассмотрении задач колебаний ферм был использован метод временного анализа, в основе которого лежит исследование характеристического МКУ.
Достоверность результатов исследования подтверждается:
□ использованием в диссертации апробированных методов строительной механики в сочетании с методами высшей математики и аппаратом матричной алгебры;
□ замкнутой формой вычисления интеграла Дюамеля на квазилинейных временных интервалах в процессе колебаний;
□ корректным применением математических моделей нелинейного расчёта как внутри квазилинейных интервалов, так и на их границах.
Научная новизна состоит в следующем:
1) использование метода временного анализа для исследования энергетических параметров реакции сложной системы (фермы);
2) использование метода временного анализа для выявления на основе ряда предложенных критериев «ключевых» элементов, способных оказать наиболее сильное влияние на изменение динамических характеристик, параметров реакции, параметров НДС элементов фермы, а также на её несущую способность в целом.
Практическая значимость. Построенная математическая модель расчёта ферм как дискретных диссипативных систем позволяет в аналитическом виде и с высокой точностью вычислять параметры реакции при нестационарном воздействии на стадиях упругой и упругопластической работы материала конструкции при внезапном выключении несущих элементов. Это даёт возможность выполнять на высоком уровне количественную и качественную оценку НДС системы при изменении внешних параметров расчётной динамической модели (РДМ) (жёсткости, характеристик демпфирования и инерции, параметров воздействия) в ходе временного анализа.
Для расчёта ферм, рассмотренных в работе, был разработан алгоритм определения критических временных точек при переходе расчётной динамической модели из одного квазилинейного состояния в другое. Этот алгоритм положен в основу программы, составленной на языке MATLAB, для проведения конструктивно нелинейного временного анализа ферм при действии коррозионного воздействия. Описание данной программы приведено в приложении А.
Разработки, выполненные в рамках данной исследовательской работы, были внедрены в производственный процесс ОАО «Челябтяжмашпроект», акт внедрения представлен в приложении В.
Положения, выносимые на защиту:
1) алгоритм конструктивно нелинейного временного анализа динамической реакции ферм, включающий оценку их несущей способности;
2) критерии выбора ключевых элементов фермы.
Апробация диссертационного исследования. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на:
1) 66-67-й студенческих конференциях Южно-Уральского государственного университета (г. Челябинск, ЮУрГУ, май 2015-2016 гг.);
2) III-й выставке-конференции научно-технических и творческих работ студентов (г. Челябинск, ЮУрГУ, апрель 2016 г.);
3) Международной научной конференции «Industrial Engineering» (г. Челябинск, ЮУрГУ, май 2016 г.).
Публикации. По результатам исследований подготовлены 3 статьи, из них 1 - в журнале из перечня ВАК и 1 - в журнале, индексируемом в международной базе Scopus (см. приложение Б).
Личный вклад автора состоит в:
□ составлении программ для ЭВМ на языке MATLAB для проведения конструктивно нелинейного временного анализа ферм на действие коррозионного воздействия;
□ обработке, анализе и оформлении полученных результатов расчётов;
□ подготовке материалов для публикаций и участия в конференциях.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 118-ти страницах машинописного текста и состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы, включающего 154 наименования, и 3-х приложений. В работе приведены 71 рисунок и 6 таблиц.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.