Способ моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений

 

Сущность изобретения: способ заключается в изготовлении элементов модели, предварительном замораживании всех или части элементов модели в условиях всестороннего сжатия до создания заданного тензора деформаций, склеивании модели из этих элементов и последующем размораживании модели. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 1 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 с V (л) ,с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827975/10 (22) 14.03.90 (46) 07.10.92. Бюл. М 37 (71) Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) В.Н.Савостьянов, Г.И.Сидорова, А.С.Исайкин и Л.Ю.Фриштер (56) Евстратов Б.Н, и др. Исследование термоупругих напряженных сстояний 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, М 11, Изобретение 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 наи ряжен но-деформи рова н ного состояния пространственных строительных конструкций и сооружений от действия температурных деформаций поляризационно-оптическим методом с использованием метода "размораживания" свободных температурных деформаций.

Известен экспериментальный способ определения напряженно-деформированного состояния от действия трехмерных полей вынужденных деформаций (1), заключающийся в том, что часть модели изготавливают из оптически чувствительного

„„Я „„1 767369 А1 (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ (57) Сущность изобретения: способ заключается в изготовлении элементов модели, предварительном "замораживании" всех или части элементов модели в условиях всестороннего сжатия до создания заданного тензора деформаций, склеивании модели из этих элементов и последующем "размораживании" модели. 2 ил.

-.материала таким образом, что часть ее поверхности имеет заданную форму.

Поверхность z i=const склеивается с матрицей, изготавливаемой из материала многократно более жесткого, чем модель (например, сталь, дюралюминий и т.д.).

Склеенная композиция проводится через режим "замораживания" и в модельном материале фиксируется ("замораживается") поле деформаций, соответствующее нулевым смещениям на границе с матрицей при действии однородного поля деформаций.

Далее следует замена матрицы другой частью 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 способ не работает при решении задач от действия заданных деформа1767369

10 ций общего вида вследствие несжимаемости оптически чувствительного материала в высокоэластическом состоянии и невозможности создания объемных деформаций в элементах модели при "замораживании".

Поэтому метод получил широкое распространение при решении задач, в которых вынужденные деформации в одном из направлений не вызывают деформаций (плоская задача).

Наиболее близким по технической сущности является метод эквивалентного моделирования напряжении (2), включающий предварительное "замораживание" деформаций в элементах модели, последующее склеивайие модели из этих элементов, последующее "размораживание" всей модели и определение искомых напряжений. Проблема невозможности создания в элементах, из которых собирается модель, объемных 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 ф 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 исходной задачи. Поэтому метод по сути является расчетно-экспериментальным.

Кроме того, реализация "замораживания" девиатора 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 упрощение моделироования и повышение информативности за счет определения перемещений, В результате реализации предложенного способа по сравнению с известным (2) нет необходимости в проведении предварительных сложных и трудоемких расчетов на ЭВМ и значительно упрощается техника эксперимента, Сущность изобретения заключается в следующем: изготавливают элементы модели сооружения или конструкции, эти элементы предварительно "замораживают" в нагруженном состянии, после чего из них склеивают модель, которую затем "размораживают". B отличие от прототипа модель выполняют из оптически чувствительного полимера со сжимаемостью в высокоэла15

55 стичном состоянии при всестороннем сжатии, а "замораживание" в нагруженном состоянии проводят всех или части элементов модели в условиях всестороннего сжатия до создания заданного тензора деформаций.

B качестве модельного материала, обладающего "искусственной" сжимаемостью в высоокоэластическом состоянии могут быть использованы так называемые "ячеистые" полимеры (например, пеноэпоксид.). Известно, что материал с закрытыми порами может быть представлен в виде объема, заполненного газом и воспринимающего нагрузку параллельно с полимреной матрицей. Ячейки, деформируясь, сжимают газ, чтоо ведет к изменению исходного объема композиции, фиксируемого с применением

"замораживания" материала матрицы, На фиг.1 представлен пример модели конструкции в виде куба, 1/8 часть которого имеет иной, чем в остальной конструкции коэффициент линейного расширения.

На фиг.2 приведена картина интерференционных полос в сечении составнго куба, соответствующая искомому напряженному состоянию.

Изобретение иллюстрируется следующим примером из области термоупругости.

Конструкция V состоит из двух частей V< и

Vz, коэффициенты линейного расширения обеих частей различны и равны соответственно а1 и а2, причема1 < а2 . Составная конструкция равномерно нагрета до температуры T С.

Предложенный способ моделирования реализуется следующим образом:

1. B заготовке из материала, обладающего "искусственной" сжимаемостью, "замораживается" под действием всестороннего давления Ро тензор деформации, пропорциональный свободным деформациям элемента Vz. Из этой заготовки вырезают элемент Vz.

2. Элемент V> вырезают из того же, но не "замороженного" материала.

3. Из элементов V> и Vz склеивают модель.

4. Проводят режим "размораживания": — модель в термостате нагревают до температуры высокоэластичного состояния. При этом в модели возникает напряженно-деформированное состояние (НДС) подобное

НДС исследуемой конструкции, равномерно нагретой до температуры Т С. Напряжения деформации и перемещения в модели могут быть определены любым известным в фотоуп ругости способом.

Поле изохром (фиг,2) соответствует пятикратному оптическому умножению, что

1767369

Составитель В.Савостьянов

Техред М,Моргентал Корректор М.Керецман

Редактор А.Бер

Заказ 3542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 учтено при обозначении порядков полос.

Разделение Kot..понентов тензора напряжений в сечении А — А может быть проведено с применением метода разности касательных напряжений.

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

Преимущество предложенного способа решения трехмерной термоупругой задачи заключается в следующем:

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

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

Формула изобретения

Способ моделирования напряженно5 деформированного состояния конструкций и сооружений, заключающийся в изготовлении элементов модели, предварительном

"замораживании" их в нагруженном состоянии, склеивании модели из этих элементов

10 и последующем "размораживании" модели, отличающийся тем, что, с целью упрощения моделирования и повышения информативности за счет определения перемещений, модель выполняют из оптиче15 ски чувствительного полимера со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, а "заморажи-. вание" в нагруженном состоянии проводят всех или части элементов модели в условиях

20 всестороннего сжатия до создания заданного тензора деформаций.