Материал, из которого изготовлена труба – сталь. Механические характеристики стали, применяемой при изготовлении труб магистрального газопровода: модуль упругости Е = 210 ГПа, коэффициент
Пуассона 0.3 и плотностью 7800 кгм3 .
В качестве конечного элемента в системе ANSYS был выбран SOLID 185 [1-3,6], позволяющий моделировать твердотельные тела. Конечноэлементная сетка регулярная.
Рис.2. Моделирование намерзания льда на трубе.
На левом и правом торце трубы (в сечениях A и D) были заданы условия симметрии (рис .1). В нижних точках в поперечных сечениях A, B, C и D смоделированы точки опоры, ограничивающие перемещения по вертикальной оси.
Фрагмент трубы находился под действием собственного веса трубы, вычисляемой по заданной плотности и объему материала, внутреннего давление газа, которое согласно [5] составляло 1,2 МПа, а также нагрузки,
410
вызванной возможным намерзанием льда на верхней поверхности трубы
(рис.2).
Вводится предположение, что лед равномерно распределен по верхней поверхности трубы и занимает сектор с углом 45о и толщиной намерзания 10 см (рис.2). Нагрузка от намерзшего льда определялась через
его вес, определяемый его объемом и плотностью 917 кгм3 .
Результаты расчета
После проведения расчетов в системе ANSYS Mechanical APDL были получены поля напряженно-деформированного состояния (рис.3-5).
Рис.3. Эквивалентные напряжения по Мизесу (Па)
Рис.4. Упругие деформации
411
Рис.5. Вертикальные перемещения (м)
Анализируя результаты расчетов, и учитывая принцип Сен-Венана о точках приложения сил, можно сделать вывод, что максимальные напряжения и деформации возникают в середине пролетов между опорами, что согласуется с основами аналитических расчетов и связаны с образованием изгибающих моментов внутри трубы от внешней нагрузки. При этом напряжения, вызванные изгибом, составляют примерно 2 Мпа, что почти в два раза превышает значение давления газа. При этом в области поворота трубы, между сечениями B и C, обнаружены незначительные положительные перемещения по вертикальной оси, что определяется действием внутреннего давления в трубе и наличием опор в сечениях B и C.
Полученные результаты и алгоритм моделирования в поставленной задаче можно рассматривать как основы создания модели магистрального газопровода и применять при расчете напряженно-деформированного состояния элементов конструкций.
Литература
1.Кожанов Д.А. Особенности конечно-элементного моделирования вида структурного элемента гибких тканых композитов // Научнотехнические ведомости СПбПУ. Физико – математические науки. Выпуск
1(237). Санкт-Петербург; Изд-во СПбПУ; 2016 г.; С. 7-15.
2.Берендеев Н.Н., Кожанов Д.А., Любимов А.К. Структурная модель гибкого тканого композита // Проблемы прочности и пластичности. Н. Новгород; ННГУ; 2015; с. 162-171.
3.Кожанов Д.А., Лихачева С.Ю. Моделирование процессов деформирования каменных кладок с применением ПК ANSYS // Труды научного конгресса 13-го Российского архитектурно-строительного форума. Н. Новгород; ННГАСУ, 2015, стр. 68-71
412
4.Основные этапы создания модели кирпичной кладки в системе ANSYS // Труды научного конгресса 14-го Российского архитектурностроительного форума. Н. Новгород; ННГАСУ, 2016, стр. 102-105
5.ГОСТ Р 52079-2003 «Трубы стальные сварные для магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов». ГОССТАНДАРТ РОССИИ, Москва, 2003.
6.ANSYS release 14.0 Documentation for ANSYS [Электронный ресурс]: ANSYS Inc. — Электрон. дан. и прогр. — [Б. м.], 2012.
1ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»,
2 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
МОДУЛЬ ИНТЕГРАЦИИ МОДЕЛИ ГИБКОГО ТКАНОГО КОМПОЗИТА В СИСТЕМУ ANSYS MECHANICAL APDL
Всвязи с современными тенденциями развития конечно-элементного моделирования разработан программный модуль (рис.1), позволяющий использовать разработанную аналитическую модель [1-4] в системе
ANSYS Mechanical APDL.
Всистеме ANSYS Mechanical APDL реализована возможность создания пользовательских моделей материалов. Алгоритм создания модели основан на генерации диаграммы деформирования при помощи определения её ключевых точек и использовании вложенных в ANSYS моделей материала.
Вводя в окно разработанного программного модуля геометрические параметры переплетения армирующего слоя и механические характеристики компонент композита, возможно создать командный файл на внутреннем языке программирования ANSYS Mechanical APDL, содержащий все необходимые параметры для генерации новой модели материала гибкого тканого композита в ANSYS. В качестве «донора» для описания нелинейного поведения материала и необратимых деформаций [1-4] использовалась вложенная в ANSYS модель Multilinear Kinematich Hardening, соответствующая теории течения с линейным кинематическим упрочнением.
Пример диаграммы деформирования сгенерированной модели в ANSYS представлен на рис.2.
Основным преимуществом новой сгенерированной модели материала в ANSYS является возможность моделирования гибких тканых композитов без необходимости геометрического описания переплетения
413
нитей в армирующем слое. Новая модель уже содержит в себе особенности формоизменения геометрии армирующего слоя в процессе деформирования.
Рис.1. Программа для создания командного файла ANSYS.
Рис.2. Сгенерированная модель поведения гибких тканых композитов в ANSYS.
Для верификации, сгенерированной в системе ANSYS модели, были проведены эксперименты и их моделирование в системе ANSYS. В экспериментах принимали участие образцы гибких тканых композитов
414
трех марок, имеющих различные геометрические параметры армирующего слоя в соответствии с параметрами структуры переплетения [1-4] и табл.1.
Таблица 1
Параметр
Марка композита
VP6545
VP6131
VP4126
Угол наклона ,
12
15
7
Угол наклона ,
15
17
8
Длина d1o , мм
0.4
0.35
0.4
Длина d1u , мм
0.5
0.45
0.5
Ширина нити основы bо , мм
0,7
Ширина нити утка bu , мм
Высота нити основы hо , мм
0.5
0.4
0.25
Высота нити утка hи , мм
0.5
0.4
0.25
Объемная
доля
содержания
0.85
0.9
0.98
армирующих волокон в нитях r
Исследуемые гибкие тканые композиты были изготовлены из лавсановой армирующей ткани и полиуретанового связующего материала. Механические характеристики соответствующих компонент материала представлены в табл.2.
Таблица 2
Компоненты
Механические характеристики
Материал
E
t МПа
Et
материала
МПа
МПа
Армирующие
полиэфирные
рубленые
волокна
1,2*103
0,2
-
-
волокна нитей
(лавсан)
Связующий
поливинилхлорид и
35
0,35
20
20
материал
полиуретан
В соответствии с поставленными задачами, структурой исследуемых материалов и имеющимися рекомендациями для проведения испытаний выкраивались образцы (рис. 3) со следующими геометрическими характеристиками: длина рабочей части образца lобразца =2,2 см, ширина bобразца = 1,6 см, длина области утолщения для захвата образца lобразца* = 1,6 см. Образцы материала по ширине имели 15 нитей, направленных вдоль основы (направление растяжения), и 20 нитей утка. Образцы вырезались таким образом, чтобы направление нитей основы совпадало с продольной осью образца.
415
Рис. 3. Образец для испытаний Для усложнения задачи в центре образцов материала имелось
отверстие, диаметром d=5 мм. Затем образцы растягивались вдоль направления нитей основы и определялась диаграмма деформирования.
Моделирование образцов гибких тканых композитов с использованием сгенерированное модели в ANSYS не требует геометрического описания переплетения армирующего слоя – материал геометрически моделируется однородной пластинкой.
Для моделирования одноосного растяжения на границе A (рис.4) вводится ограничение на вертикальное перемещение по оси oy, на границе В задаётся продольное растягивающее перемещение.
Рис.4. Расчётная модель образца с локальным повреждением в форме отверстия
Для верификации модели, интегрированной в ANSYS, проведено сравнение диаграмм деформирования (рис. 5) образцов материала, полученных в экспериментальных исследованиях, и при численном решении задачи.
416
Рис. 5. Диаграммы деформирования для образцов из VP6545 с повреждением 3 уровня
Анализ результатов верификации модели, интегрированной в систему ANSYS, показал хорошее качественное и количественное согласование результатов до величин предельных деформаций, соответствующих разрушению образца. Погрешность модели, интегрированной в ANSYS, при решении тестовой задачи составила не более 11 % относительно результатов проведенных экспериментов.
Литература 1.Кожанов Д.А. Моделирование одноосного растяжения для гибкого
тканного композиционного материала. Сборник докладов IV Всероссийского фестиваля науки. Н. Новгород; ННГАСУ; 2014; с. 16-18.
2.Кожанов Д.А. Структурная модель гибких тканных, предварительно поврежденных композитов в условиях одноосного растяжения. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико – математические науки. №4. Санкт-Петербург; Изд-во СПбГПУ; 2014 г; С.
107-114.
3.Кожанов Д.А. Любимов А.К. Модель гибкого тканого композита, учитывающая формоизменение внутренней структуры материала. Проблемы прочности и пластичности. Н. Новгород: Изд-во ННГУ. 2016. -
Т. 78 , №3. - С. 311-321.
4.Кожанов Д.А. Любимов А.К. Моделирование процессов деформирования гибких тканых композитов. Часть 1. Структурные модели. Проблемы прочности и пластичности. Н. Новгород: Изд-во ННГУ.
2017. - Т. 79 , №2. - С. 156-168.
417
СЕКЦИЯ «СТАНДАРТИЗАЦИЯ, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА, ИНЖЕНЕРНАЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»
Научные руководители:
Е.М. Волкова, канд. архитектуры, доцент кафедры стандартизации и инженерной графики; М.М. Деулин, канд. техн. наук, доцент кафедры стандартизации и инженерной графики;
А.В. Арапова, студент инженерно-строительного факультета; Л.В. Урявина, инженер отдела лицензирования и аккредитации,
заведующий лабораторией кафедры стандартизации и инженерной графики.
418
Андреев М.А., Батюта Г.Д., Волкова Е.М.
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»
СТАНДАРТЫ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В РОССИИ ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЫ ХХ ВЕКА
Строительный процесс традиционно представлен рядом этапов, от эскизов до рабочих чертежей, созданных на основе проектной документации [1]. Чертежи и сегодня являются основным средством общения зодчих и строителей, однако использовать масштаб в России стали лишь при Петре I, уже в XVIII – XIX веках чертежи фасадов, планов зданий выполнялись в проекционной связи. В 1925 году в СССР был создан Комитет по стандартизации, разрабатывавший ведомственные стандарты: в 1926 году были приняты общесоюзные стандарты (ОСТ), в 1929 году – «Чертежи в машиностроении», в 1965–66 годах – «Чертежи строительные», в 1968 году впервые был разработан комплекс «Государственной системы стандартизации» (ГСС), стандарты ЕСКД, СПДС – «Системы проектной документации для строительства» [2]. В начале ХХ века в строительстве и транспорте появилась сложная контрольно-измерительная аппаратура, требующая стандартизированных подходов к использованию [3]. Таким образом формировались стандарты архитектурно-строительного проектирования в России. В СССР
строительство было активно развивающейся отраслью, где в 1924 – 1925 годах зародилось сборное домостроение, затем – крупноблочное строительство. В 1920-30 годах в городах индустриальными методами строились здания в стиле конструктивизм из железобетона, кирпича, с большими окнами [4]. Стиль сочетал продвинутые технологии, инженерные системы того времени и социальную направленность, выраженную появлением новых типов зданий: фабрик-кухонь, Дворцов труда, культуры, рабочих клубов, Домов советов, домов-коммун, Клубовстоловых и других. Досуг советского человека должен был приобщать его к культуре, многофункциональные объекты совмещали функции библиотек, спортивных секций, залов для демонстрации кинофильмов, театральных постановок, проведения, это было время социальных преобразований в стране, поисков и экспериментов в архитектуре [5]. Конструктивизм отрицал предшествовавшие традиции, но его поздняя стадия – постконструктивизм характеризовалась возвращением в декоре к неоклассике, когда применялись детали классического ордера, горельефы с символикой СССР и т.д [6].
м3 .
м
