Алексєєнко Богдан Георгійович. Розрахунок та оптимальне проектування деяких стержньових систем, які функціонують в агресивному середовищі

Краткое описание

Алексєєнко Богдан Георгійович. Розрахунок та оптимальне проектування деяких стержньових систем, які функціонують в агресивному середовищі : Дис... канд. наук: 05.23.17 - 2002.

Алексеенко Б.Г. Расчёт и оптимальное проектирование некоторых стержневых систем, функционирующих в агрессивных средах.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.17 строительная механика. Приднепровская Государственная Академия Строительства и Архитектуры. Днепропетровск, 2002.
Разработаны математические модели расчёта НДС и долговечности стержневых систем, функционирующих в агрессивных средах, с дискретизацией по методу конечных элементов в линейной постановке и по деформированной схеме, т.е. с учётом дополнительных изгибающих моментов от действия продольных сил на перемещениях деформированной конструкции. Модели и алгоритмы их реализации сформулированы для общих случаев непостоянства геометрических характеристик элементов, что позволяет использовать методику для новых, ещё не существующих уравнений, описывающих процессы коррозии.
Создана модель сезонного изменения температуры, что позволило уточнить расчёт для соответствующих случаев коррозионного износа.
Разработан дискретный метод оптимального проектирования стержневых систем, взаимодействующих с агрессивными средами, который учитывает все особенности задачи и позволяет использовать существующие нормы и стандарты на всех этапах проектирования.
Проведен численный эксперимент на ЭВМ и исследовано влияние параметров агрессивной среды, уровня напряжений и граничных условий на напряжённо деформированное состояние, долговечность и оптимальные параметры стержневых систем.
Выработаны рекомендации по использованию разработанных методов в инженерной практике.
Alexeyenko B.G. Structural analysis and optimal design of framed structures, which are operating in aggressive environments.
Dissertation for obtaining the scientific degree of Candidate of Science (Engineering) by the speciality 05.23.17 structural mechanics. Pridneprovsk State Academy of Building and Architecture. Dnepropetrovsk, 2002.
The mathematical models of stress-strain state analysis and durability of framed structures, which operate in aggressive environments, with discretization by method of finite elements, have been developed by its linear statement and by deformed scheme, i.e. taking into account additional bending moments as result of effect of axial forces on displacements of deformed structure. Models and algorithms of their implementation have been stated for common cases of changeability of geometrical properties of elements, that allows to apply this technics for the new non-existing yet equations, which describe the processes of corrosion.
The model of seasonal variance of temperature has been developed, which aided to . This allows to refine the analysis for corresponded cases of corrosive wear.
The discrete method of optimal design of truss and framed systems, which are subject of corrosion wear, has been developed. It considers all the distinctions of the problem and allows to apply the existing rules and standards during all the stages of design.
The numerical experiment has been performed and the influence of properties of aggressive environment as well as stress level and boundary conditions on the stress-strain state, durability and optimal properties of truss and framed structures has been researched.
The references related to application of developed methods in engineering have been suggested.

У дисертації отримано наступні основні наукові та практичні результати.
1. Розроблено математичні моделі задач аналізу НДС стержньових систем, які взаємодіють з агресивним середовищем, та методики їх практичної реалізації з дискретизацією за МКЕ - у лінійній постановці та з урахуванням додаткових внутрішніх силових факторів, які виникають при деформуванні системи. Методика дозволяє з підвищеною точністю проводити розрахунок НДС і визначати довговічність стержньових систем, які функціонують в агресивному середовищі.
2. Розроблено математичну модель сезонної зміни температур агресивного середовища для урахування впливу коливань температури на довговічність стержньових систем в умовах корозійного зносу.
3. Проведено чисельний експеримент на ЕОМ і показано, що:
- для тимчасових споруд (термін експлуатації до 18 місяців) урахування коливань температури підвищує точність розрахунку на 10-15%, для більш тривалого терміну експлуатації можна використовувати середньорічне значення температури в конкретних кліматичних умовах;
- при корозійному зносі статично визначених систем швидкість корозії в окремих стержнях залежить тільки від характеристик матеріалу, агресивного середовища та рівня напруг в цьому елементі і не пов'язана із швидкістю корозії в інших стержнях;
- в статично невизначених стержньових системах, які підвладні корозійному зносу, існує явище саморегуляції, тобто перерозподіл по елементах системи внутрішніх силових факторів, завдяки чому інтенсивність корозії по довжині елементів та по сусідніх елементах змінюється досить плавно;
- при формуванні кінцево - елементної моделі стержньової системи (дискретизації за МКЕ) для збереження точності розрахунку треба узгоджувати довжину елементів з гіпотезами, на яких базуються рівняння теорії брусів.
4. Розроблено метод дискретної оптимізації, що ураховує всі особливості задач оптимального проектування стержньових систем, які функціонують в агресивному середовищі.
5. Вирішені задачі оптимального проектування статично визначених та статично невизначених стержньових систем, які взаємодіють з агресивним середовищем.
Досліджено зв'язок параметрів агресивного середовища з отриманими оптимальними проектами стержньових систем. Показано, що у випадку, коли швидкість корозії не залежить від НДС конструкції, оптимальний проект може бути отриманий з оптимального проекту, визначеного для нейтрального середовища, шляхом розрахунку глибини пошкодженого корозією шару металу за період експлуатації конструкції і збільшення геометричних характеристик перерізів елементів на відповідну величину. Якщо швидкість корозії залежить від рівня НДС оптимальний проект конструкції не може бути отриманий з оптимального проекту для нейтрального середовища, повинна бути вирішена задача оптимізації з повним аналізом НДС і довговічності на кожному кроці пошукової процедури.
Також показано, що розроблений метод оптимізації є більш ефективним за загальновідомі пошукові методи, адаптовані до цього класу задач.