Исследование напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций с учетом их неупругих свойств и пространственного нагружения

• Автор: Матуа, Вахтанг Парменович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 484 с. : ил

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НАКОПЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕ

ФОРМАЦИЙ В МНОГОСЛОЙНЫХ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДВИЖУЩИХСЯ АВТОМОБИЛЕЙ.

1.1. Состояние вопроса, задачи исследования.

1.2 Факторы, влияющие на эксплуатационное состояние дороги, учитываемые в предлагаемой модели

1.3. Постановка задачи

1.4. Обоснование применения пространственной расчетной схемы.

1.5. Шаговые методы решения задачи динамики конструкций.

1.6. Научная база для разработки теоретических основ определения остаточных деформаций в дорожных конструкциях.

1.7. Выводы.

2. УРАВНЕНИЯ МЕХАНИКОМАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И

МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ

2.1. Основные уравнения движения автомобилей по массивной системе
дорожная конструкция подстилающий грунт
2.1.1. Предпосылки, лежащие в основе уравнений движения.
2.1.2. Основные соотношения динамической теории упругости с переменной массой.
2.1.3. Явная безусловно устойчивая схема интегрирования уравнений движения с учетом движущейся массы
2.2. Учет влияния движущегося автомобиля в задаче эволюции напряженнодеформированного состояния дорожной конструкции
2.3. Основные соотношения в задаче о развитии остаточных деформа
ций в элементах дорожной конструкции во времени с учетом влияния температурновлажностных факторов.
2.4. Учет частичного проскальзывания слоев дорожной конструкции
2.5. Описание программного комплекса по уточненному расчет нежестких дорожных одежд
2.6 Выводы.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОРОЖНОЙ
КОНСТРУКЦИИ НА ЕЕ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ
3.1. Постановка задачи
3.2. Влияние высоты насыпи на НДС конструкции.
3.3. Влияние влажности и плотности фунта земляного полотна на НДС
дорожной конструкции
3.4. Влияние температуры асфальтобетонных покрытий на НДС дорожной конструкции.
3.5. Влияние межслойного сцепления конструктивных слоев на НДС
дорожной конструкции
3.6. Сопоставительный анализ НДС дорожной конструкции при использовании различных расчетных моделей
3.7. Выводы.
4. НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И КИНЕ
ТИКА НАКОПЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПРОСТРАНСТВЕННОМ НАГРУЖЕНИИ.
4.1. Исследование НДС реальных дорожных конструкций на основе
численного моделирования.
4.2. Прогнозирование накопления остаточных деформаций в элементах
дорожной конструкции при пространственном их нагружении
4.2.1. Определение приведенной квазистатической нагрузки.
4.2.2. Прогнозирование остаточных деформаций в элементах дорожных конструкций
4.3. Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЕВ И ГРУНТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА СТАТИЧЕСКОЕ И ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НАГРУЗОК ПРИ ИХ РАБОТЕ В РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНОВЛАЖНОСТНЫХ РЕЖИМАХ
5.1. Исследование температурного режима работы дорожных конструк ций в региональных условиях юга РФ
5.2. Лабораторные исследования накопления остаточных деформаций и изменения модуля упругости асфальтобетонов от интенсивности и времени действия динамической нагрузки.
5.3. Лабораторные исследования накопления остаточных деформаций во времени в образцах грунта и асфальтобетона
5.3.1. Исследование ползучести образцов связною грунта.
5.3.2. Исследование ползучести асфальтобетонных образцов.
5.4. Лабораторные исследования взаимного сцепления смежных слоев дорожных одежд и технологических приемов их улучшения.
5.5. Выводы
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НАКОПЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ДОРОГ
6.1. Создание наблюдательных станций и определение вертикальных
перемещений дорожных покрытий.
6.1.1. Создание наблюдательных станций и нивелировка их точек
6.1.2. Определение вертикальных перемещений дорожных покрытий
6.2. Методология прогнозирования и учета накопления остаточных деформаций в дорожных конструкциях.
6.3. Выводы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА


При этом теряются преимущества снижения порядка системы уравнений, так как зачастую для хранения матрицы меньшего порядка с увеличенной шириной ленты требуется больше ресурсов оперативной и внешней памяти компьютера, чем для стандартной матрицы жесткости. Решение реальных нестационарных задач механики дорожных конструкций в пространственной постановке практически невозможно традиционными методами. При решении нестационарных задач используются методы продолжения по параметру времени, иначе шаговые методы решения нестационарных задач. Временной сегмент разбивается на ряд отрезков. По специальным формулам, уникальным для каждого метода, осуществляют переход от параметров НДС в начальный момент к первой точке временного разбиения. Затем производят аналогичный переход ко второй точке, используя в качестве начальных значения в первой точке и т. Количество шагов по времени может быть достаточно большим, и в пределах каждого шага решается задача, по трудоемкости и внешнему виду соответствующая некой квазистатической задаче. В результате общая трудоемкость процесса резко увеличивается. В следующем параграфе проведен обзор шаговых методов и указан способ, позволяющий существенно снизить трудоемкость решения в пределах временного шага. Принятый в работе метод позволяет рассматривать нестационарные задачи практически неограниченной размерности. В результате применения предлагаемого численного метода возможно решение реальных задач механики дорожных конструкций высокой размерности методом конечных элементов с учетом нелинейной работы материала и учета фактора наследственности. Традиционная форма записи уравнений динамики конструкций при дискретизации сплошной среды МКЭ с неизвестными узловыми перемещениями имеет вид 2,,,,,7,0,1, 9,3,5,2 1. В настоящее время для определения нестационарной реакции системы типа 1. При этом отпадает необходимость решения трудоемкой спектральной задачи. Некоторые авторы называют подобные схемы . РунгеКутты, отмечая их подобие в организации шагового процесса, и выделяя отличия от классических методов РунгеКутты в особенностях построения процесса прямого интегрирования ,, 9,5, 4. Схемы прямого интегрирования классифицируют по типам. В частности, разделяют одно и многошаговые методы 1, 4,3. В одношаговых схемах результат в следующей временной точке определяется только через параметры НДС в последней достигнутой точке. I А Л. В 1. НДС системы во временной точке V, А и В линейные матричные операторы. В многошаговых методах результаты в точке ГЛ зависят от результатов в нескольких предыдущих временных точках 1ц, х1. Очевидно, что трудоемкость итерационных процессов 1. М1. А, т. А. Те схемы, в которых обращение матрицы А тривиально например, А диагональная или треугольная матрица, называют явными. Те, в которых матрица достаточно заполнена и приходится решать систему уравнений, называют неявньши 6, 7, 8,4, 3. Кроме значительной трудоемкости в пределах одной итерации, отметим значительную потребность в ресурсах компьютера при использовании неявных схем. Рассмотрим небольшую иллюстрацию. Так, сетка конечных элементов x является достаточно грубой при моделировании плоской задачи. Она порождает систему из 0 уравнений, решение которой не является проблематичным даже для устаревших моделей компьютеров. В пространственной постановке подобная же грубая сетка xx приводит уже к системе уравнений. Уточненная сетка размером 0x0 в плоской постановке порождает систему из 0 уравнений, решение которой можно выполнить на современных ЭВМ. В пространственной постановке аналогичная сетка обуславливает систему из трех миллионов уравнений. Даже при достаточно малой ширине ленты системы от порядка системы уравнений, что свойственно модельным, академичным задачам потребуется ориентировочно Гбайт памяти. На современных ЭВМ ресурсы внешней памяти ограничены примерно 0 Гбайт, т. ЭВМ просто не позволит решить подобную задачу с помощью неявных схем. Напротив, явная схема требует гораздо меньших ресурсов памяти, а при применении поэлементного подхода при формировании соответствующих векторов вообще можно использовать только оперативную память ЭВМ.