Временной анализ конструктивно нелинейных моделей надземных газопроводов при ветровом резонансе

• Автор: Дегтярева, Наталья Владимировна
• Шифр специальности: 05.23.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Причина возникновения поперечных колебаний под действием ветра.

1.2. Способы исследования явления поперечных колебаний .

1.3. Способы расчета надземных трубопроводов

1.4. Расчет конструктивно нелинейных систем.

1.5. Учет диссипации при динамических расчетах

1.6. Прохраммные комплексы для расчета конструкций

1.7. Способы гашения колебаний

Выводы по главе 1

2. Построение расчетной и математической модели
2.1. Обоснование выбора расчетной модели
2.2. Расчетная модель газопровода с устройством гашения колебаний.
2.3. Математическая модель задачи колебаний.
2.3.1 .Матрица жесткости
2.3.2. Матрица масс.
2.3.3. Матрица демпфирования
2.3.4. Моделирование нагрузки.
2.3.5. Математические модели нелинейного расчета
2.3.6. Условия работы конструктивно нелинейной системы.
2.4. Оценка достоверности предложенных расчетной и математической моделей
Выводы по главе 2.
3. Анализ результатов расчета методом временного анализа
базовой модели
3.1. Критерии вибрации трубопроводных систем.
3.2. Параметры внешнего воздействия
3.3. Статическая часть реакции.
3.4. Динамическая реакция расчетных моделей виброперемещения, виброскорости, вибронапряжения .
3.5. Суммарный отклик расчетных моделей на динамическое воздействие суммарные перемещения, суммарные напряжения.
3.6. Силовые параметры реакции базовых моделей.
3.7. Оценка пригодности к эксплуатации надземных газопроводов по результатам расчета моделей
3.8. Сравнение отклика базовой модели при разных типах
демпфирования
Выводы по главе 3
4. Анализ результатов расчета методом временного анализа модели
с односторонней связью
4.1. Выбор оптимальных параметров конструктивно
нелинейных моделей надземных газопроводов.
4.2. Особенности работы конструктивно нелинейной системы
4.3. Динамическая реакция на действие ветра виброперемещения, виброскорости, вибронапряжения
4.4. Суммарный отклик расчетных моделей на динамическое воздействие суммарные перемещения, суммарные напряжения
4.5. Силовые параметры реакции модели с односторонней связью
4.6. Сравнение отклика модели с односторонней связью при
разных типах демпфирования.
Выводы по главе 4
5. Анализ результатов. Рекомендации по применению устройств
гашения колебаний
5.1. Сравнение отклика базовой модели и модели с односторонней связью.
5.2. Рекомендации по применению устройств гашения колебаний
Выводы по главе 5
Общие выводы но работе
Литература


Основное отличие между этими случаями состоит в том, что во втором случае движение конструкции (цилиндра) берет под контроль распространение вихрей воздуха - явление «захвата» частоты распространения вихрей собственной частотой колебаний конструкции в диапазоне «приведенных» скоростей [, 3, 8, 5, 7, 3, 6]. Трехмерные эффекты при распространении вихрей изучаются в работах [2, 4, 8, 3]. Влияние дополнительный (добавленной) массы на частоту' колебаний в приводится авторами в [3], а явление антисинхронизации - в [6]. Применение полуэмпирических моделей связано со сложностью четкого определения аэродинамического воздействия на конструкцию. Они реализуются в рамках уравнений динамики при вынужденных колебаниях системы. Отдельные параметры колебаний, связанные с характеристикой внешнего воздействия, учитываются по результатам испытаний в форме дополнительных коэффициентов [8, 7, 3, 1]. В ходе теоретических исследований решаются вопросы моделирования области ветрового потока, динамического расчета, как отдельного сооружения, так и системы «ветровой поток - сооружение». Среди подходов, используемых для решения поставленных вопросов, выделим методы моделирования ветрового потока, аналитические и численные методы динамического расчета сооружений. Моделирование области ветрового потока проводится с помощью метода дискретизации потока, позволяющего ветровую область представить множеством подвижных элементов [6, 3, 7, 5]. Аналитические методы применяются для расчета сооружений на действие нагрузки, моделирующей ветровое воздействие. При расчете первыми пятью методами реакция системы может быть записана через интеграл Дюамеля. Однако построение интеграла Дюамеля для систем с п степенями свободы выполняется в традиционном виде с помощью спектральных разложений. При этом, как правило, реализуется разложение решения по собственным формам колебаний соответствующей консервативной системы. Учет внутреннего трения осуществляется на основе модели пропорционального демпфирования. В случае, когда диссипация энергии подчиняется более сложному (непропорциональному) закону эти методы становятся труднореализуемыми или неприменимыми, т. Построение решения, основанное на непосредственном интегрировании уравнений движения (в форме интеграла Дюамеля), для конечномерных диссипативных систем предпринималось в работах [5, 5, 7, 8, 6]. Отдельно стоит метод комплексных собственных форм. Этот метод позволяет использовать модели непропорционального демпфирования. Однако незначительный объем публикаций по данному методу свидетельствует о его слабой разработанности. Следовательно, при общей постановке упруго динамической задачи на основе традиционного временного анализа ДЦС можно заключить, что существующие методы не обеспечивают эффективного построения реакции системы. Разрабатываемый в диссертации метод временного анализа, основанный на исследовании матричного квадратного уравнения [5], применялся к упругим [5], упруго-иластическим системам с диаграммой Прандтля [5]. В работе [8] реализация упруго-пластической задачи проведена для диаграммы деформирования с двумя полуциклами. Нелинейно-упругие колебания на основе метода временного анализа [5] изучаются в работе [9]. ОС. Такая возможность приложения этого метода к физически и конструктивно-нелинейным системам обусловлена его универсальность, способностью к модификации и созданию таких расчетных схем, при которых исходная нелинейная задача сводится к последовательности линейных задач. Метод временного анализа, основанный на исследовании матричного квадратного уравнения [5], не требует спектральных разложений решений и может быть реализован при любом типе демпфирования в рамках линейной модели вязкого трения материала. Алгоритмы и схемы прямого численного интегрирования уравнений движения [, , ], главным образом на основе метода конечных элементов (МКЭ) широко применяются для вычисления реакции системы. Среди множества подходов следует отметить метод суперэлемента в обычной иерархической трактовке [, 4], а также родственные ему подходы: метод подконструкций или метод интегрированных подпространств [, 8], метод частотнодинамической конденсации [, , 1], метод дискретных конечных элементов [, ], метод синтеза форм колебаний [].