Способ моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений

(51)5 О 1 24 ЕТЕ ВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВ реное емабот адан т при решех деформаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО(56) Евстратов Б.Н, и др. Исследование термоупругих напряженных сстояний в сложных конструкциях методом механического моделирования. - Материалы ЧП 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 напряженно-деформированного 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 поей вынужденных деформаций (1, аключающийся в том, что часть модели изотавливают из оптически чувствительного(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 и=сопзт 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 зультате в модели возникает напряжен состояние, соответствующее заданной т пературной нагрузке,Однако способ не р аении задач от действия з нь10 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". В отличие от прототипа модель выполняют из оптически чувствительного полимера со сжимаемостью в высокоэла 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стичном состоянии при всестороннем сжатии, а "замораживание" в нагруженном состоянии проводят всех или части элементов модели в условиях всестороннего сжатия досоздания заданного тензора деформаций. В 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 воспринимающегонагрузку параллельно с полимреной матрицей. Ячейки, деформируясь, сжимают газ,чтоо ведет к изменению исходного объемакомпозиции, фиксируемого с применением"замораживания" материала матрицы,На фиг,1 представлен пример моделиконструкции в виде куба, 1/8 часть которогоимеет иной, чем в остальной конструкциикоэффициент линейного расширения.На фиг,2 приведена картина интерференционных полос в сечении составнго куба, соответствующая искомомунапряженному состоянию.Изобретение иллюстрируется следующим примером из области термоупругости.Конструкция Ч состоит из двух частей Ч 1 иЧг, коэффициенты линейного расширенияобеих частей различны и равны соответственно а 1 и а 2, причема 1 с а 2 . Составнаяконструкция равномерно нагрета до температуры Т С.Предложенный способ моделированияреализуется следующим образом:1. В заготовке из материала, обладающего "искусственной" сжимаемостью, "замораживается" под действиемвсестороннего давления Ро тензор деформации, пропорциональный свободным деформациям элемента Ч 2. Из этой заготовкивырезают элемент Ч 2.2. Элемент Ч 1 вырезают из того же, ноне "замороженного" материала.3, Из элементов Ч 1 и Ч 2 склеивают модель,4. Проводят режим "размораживания":- модель в термостате нагревают до температуры высокоэластичного состояния. Приэтом в модели возникает напряженно-деформированное состояние (НДС) подобноеНДС исследуемой конструкции, равномерно нагретой до температуры Т С. Напряжения деформации и перемещения в моделимогут быть определены любым известным вфотоуп ругости способом.Поле изохром (фиг,2) соответствует пятикратному оптическому умножению, что1767369 Составитель В.СавостьянТехред М,Моргентал ректор М.Керецм Редактор А.Бер Заказ 3542 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 учтено при обозначении порядков полос. Разделение компонентов 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 температурныхх деформаций.Формула изобретения Способ моделирования напряженно деформированного состояния конструкцийи сооружений, заключающийся в изготовлении элементов модели, предварительном "замораживании" их в нагруженном состоянии, склеивании модели из этих элементов 10 и последующем "размораживании" модели,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения моделирования и повышения информативности за счет определения перемещений, модель выполняют из оптиче ски чувствительного полимера сосжимаемостью 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.