Способ моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений

 

Сущность изобретения: способ заключается в изготовлении элементов двух моделей с равным числом идентичных элементов , предварительном замораживании элементоов в нагруженном состоянии, склеивании моделей из этих элементов и последующем размораживании модели. При этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй модели выполняют из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала, не обладающего занимаемостью при всестроннем сжатии. 2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 1 1/24

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

1 (5л V (л)

СО

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827975/10 (22) 14.03.90 (46) 07,10.92. Бюл. М 37 (71) Московский инжнерно-строительный институт им. В, В Куйбышева (72) В.Н.Савастьянов, Г.И.Сидорова, А.С,Исайкин и Л,Ю.Фриштер (56) Евстратов Б,Н. и др, исследоавние термоупругих напряженных состояний в сложных конструкциях методом механического моделирования. — Материалы Vill Всесоюзной конференции по методу фотоупругости. т.2. Таллин, 1979.

Бугаенко С,Е. Задачи с дополнительными деформациями и их моделирование.—

Прикладная механика, 1978, т.14.Ь 11. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ (57) Сущность изобретения: способ заключается в изготовлении элементов двух модеИзобретение относится к области испытаний материалов и изделий, в частности к способам моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений от действия вынужденных деформаций методом фотоупругости.

Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для определения напряженно-дефромированного состояния пространственных строительных конструкций и сооружений от действия температурных деформаций поляризацион но-оптическим методом с использованием метода "размора- живания" свободных температурных деформаций, Известен экспериментальный способ определения напряженно-деформирован,, Ы,, 1767368 A1 лей с равным числом идентичных элементов, предварительном "замораживании" элементоов в нагруженном Состоянии, склеивании моделей из этих элементов и последующем "размораживании" модели. При этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при всестороннем сжатии, а вторую часть — из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй модели выполняют из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть — из оптически чувствительного материала, не обладающего занимаемостью при всестроннем сжатии. 2 ил. ного состояния от действия трехмерных полей вынужденных деформаций (1), заключающийся в том, что часть модели изготавливают из оптически чувствительного материала таким образом, что часть ее поверхности имеет заданную форму.

Поверхность г;; = const склеивается с матрицей, изготавливаемой из материала многократно более жесткого, чем модель (например, сталь, дюралалЮминий и т.д,).

Склеенная композиция проводится через режим "замораживания" и в модельном материале фиксируется (" замораживается" ) поле деформаций, соответствующее нулевым смещениям на границе с матрйцей при действии однородного поля деформаций, Далее следует замена матрицы другой час1767368 тью модели, склеиваемой с "замороженной" частью. Затем вся модель повторно проводится через режим "замораживания". В результате в модели возникает напряженное состояние, соответствующее заданной температурной нагрузке, Однако спсооб не работает при решении задач от действия заданных деформаций общего вида вследствие нес>кимаемости оптически чувствительного материала в высокоэластичном состоянии и невозможности создания объемных дефрмаций в элементах модели при "замораживании". Поэтому метод получил широкое распространение при решении задач, в которых вынужденные дефоромации в одном из направлений не вызывают деформаций (плоская задача).

Наиболее близким по технической сущности является метод эквивалентного моделирования напряжений (2), включающий предварительное "замораживание" деформаций в элементах модели, последующее склеивание модели из этих элементов, последующее "размораживание" всей модели и определение искомых напряжений. Проблема невозможности создания в элементах, из которых собирается модель, обьемных деформаций на несжимаемом материале решается на основе теоремы эквивалентности. Для реализации метода в элементах модели следует создавать и "замораживать" не заданный тензор деформаций ф . а эквивалентный ему по напряжениям девиатор в деформаций, определяемый самостоятельным расчетом на

ЭВМ, Применение метода эквивалентного моделирования ограничено вследствие сложного и трудоемкого предварительного расчета на ЭВМ и "замораживаемых" деформаций, сопоставимого с решением ис.ходной задачи, Поэтому метод по сути является расчетно-экспериментальным.

Кроме того, реализация "замораживания" давиатора деформаций в элементах модели многодельна и технологически затруднена особенно в конструкциях сложной формы. К тому же способ не позволяет определять перемещения.

Целью настоящего изобретения является повышение точности, поскольку по сравнению с известным способом (2) исключаются различные допущения и упрощения, обусловленные предварительными расчетами и ограниченными возможностями экспериментальной модели.

Сущность изобретения заключается в следующем: изготавливают элементы модели сооружения или конструкции, эти эле5

10 менты предварительно "замораживают" в нагруженном состоянии, после чего из них склеивают модель, которую затем раэмораживают. В отличие от прототипа (2) изготавливают две модели с равным числом идентичных элементов, при этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при всестороннем сжатии, а вторую часть — из оптически чувствительного материала со сжимаемостью вы высокоэластическом состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй модели выполняют

15 из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластическом состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть — из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при

20 всестороннем сжатии.

В качестве модельного материала, обладающего "исскуственной" сжимаемостью в высокоэластическом состоянии могут быть испльзованы так называемые "ячеистые"

25 полимеры (например, пеноэпоксид). Известно, что материал с закрытыми порами может быть представлен в виде объема, заполненного газом и воспринимающего нагрузку параллельно с полимерной матри30 цей. Ячейки, деформируясь сжимают газ, что ведет к изменению исходного объема композиции, фиксируемого с применением

"замораживания" материала матрицы, Изобретение иллюстрируется следую35 щим примером из области термоупругости.

Конструкция V состоит из двух частей Ч и

Ч, коэффициенты линейного расширения обеих частей различны и равна соответственно а> и а, причем a>

Предложенный способ моделирования реализуется следующим образом:

1, Заготовку из материала, обладающе45 го "искусственной" сжимаемостью и модулем упругости в высокоэластическом состоянии(Е 4о ), например, пеноэпоксид, (1)

"замораживают" под действием всестороннего давления Р,. Из "замороженной" заго50 товки вырезают детали, соответствующие частям V> и Чг (фиг.1) и круглый диск для тарировочных испытаний, толщиной t и радиусом С (фиг.2).

2. Из прозрачного оптически чувствительного материала, подобранного таким образом, что его модуль упругости и высокоэластическом состоянии (Е(4о был по возможности близок к (E(оо ) пеноэпоксида, (1) вырезаются детали, соответствующие час1767368 тям V) и Vz и кольцо с внутренним радиусом

С, наружным Ь v толщиной t (фиг,2).

3. Производят склейку моделей

Ч1(Е оо ) с Чг(Е() оо ) и Ч1(Е®оо ) с

Ч (Е ) оо).

Диск из "ячеистого" полимера вклеивают в кольцо из прозрачного стандартного оптически чувствительного материала, 4. После "размораживания" напряженно-деформированное состояние моделей соответствует:

В области V>(E@ oo ) и Ч (ЕИ оо ) (О1 02 )мод = (01 % )мод комод = Ь (<1 02 )нат х(сто О1 )мод.

1, а„Х„

0! нат,, комод

|мод Ео (2) Всесторонняя деформация ео подсчитывается на основании исследования тарировочного кольца по форме, полученной из п ростей ш его решения централ ьно-симметричной плоской задачи

2 2

mA ео = 0,5 (3) Здесь помимо общепринятых обозначений;

Лv= 00,5 — woo — величина, определяемая из зависимости иоо =f(р,, Е оо ) и соответствующая (Е ) оо); п1д — порядок полосы на (1) наружном контуре образца, определяемый компенсационным методом.

В области V<(E оо) и Ч (Е оо) (г1 я )мод = (О1 02 )мод

Здесь (<=o2 ) — разность главных напряжений в срезах прозрачных частей модели; Ц вЂ” перемещения, замеренные в моделях после "размораживания".

Переход к напряжениям и перемещениям в натурной конструкции производится по известным формулам

Напряжения, 1еформации и перемещения в модели могут быть определены любым известным в фотоупругости способом.

Предложенный способ решения термо5 упругой задачи и задач к ней сводимых может быть распространен на более сложные задачи, например, на случай, когда распределение температуры переменно во всех направлениях.

10 Преимущество предложенного способа решения трехмерной задачи заключается в следующем:

1. Способ осуществляет моделирование температурных напряжений и перемеще15 ний, что особенно важно при исследовании строительных конструкций и сооружений.

2. Способ не требует применения технологических операций, превосходящих по трудоемкости аналогичные операции мето20 да "размораживания" свободных температурных деформаций.

3. Применение тарировочной модели (кольца) исключает необходимость в точном определении величины Av и Р, что сущест25 венно упрощает моделирование.

Формула изобретения

Способ моделирования напряженнодеформированного состояния конструкций и сооружений, заключающийся в изготовле30 нии элементов модели, предварительном

"замораживании" их в нагруженном состоянии, склеивании модели из этих элементов и последующем "размораживании" модели, отличающийся тем, что, с целью

35 повышения точности, изготавливают две модели с равным числом идентичных элементов, при этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего

40 сжимаемостью при всестороннем сжатии, а вторую часть — из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном,состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй мо45 дели выполняют из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть — из оптически чувствительного материала, не обладающего

50 сжимаемостью при всестороннем сжатии.

1767368 .;."г.2

Составитель В.Савостьянов

Техред М,Моргентал Корректор М.Керецман

Редактор А,Бер

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5