Способ моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций и сооружений

(51)5 О 0 ИЫИЗЦР ЦЯ 1 Ц. яуд- ЬИБДЯД ТЕуПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Евстратов Б,Н. и др, исследоавние термоупругих напряженных состояний в сложных конструкциях методом механического моделирования, - Материалы И Всесоюзной конференции по методу фотоупругости. т.2. Таллин, 1979.Бугаенко С,Е. Задачи с дополнительными деформациями и их моделирование. - Прикладная механика, 1978, т.14.Ь 11, (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ (57) Сущность изобретения: способ заключается в изготовлении элементов двух модеИзобретение относится к области испытаний материалов и изделий, в частности кспособам моделирования напряженно-деформированного состояния конструкций исооружений от действия вынужденных деформаций методом фотоупругости,Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для определения напряженно-дефромированного состоянияпространственных строительных конструкций и сооружений от действия температурныхдеформаций поляризацион но-оптическимметодом с использованием метода "размора-живания" свободных температурных деформаций,Известен экспериментальный способопределения напряженно-деформированлеи с равным числом идентичных элементов, предварительном "замораживании" элементоов в нагруженном Состоянии, склеивании моделей из этих элементов и последующем "размораживании" модели. При этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемо- стью при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй модели выполняют из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала, не обладающего занимаемостью при всестроннем сжатии. 2 ил. (щ ного состояния от деиствия трехмерных полей вынужденных деформаций 1), заключающийся в том, что часть модели изготавливают из оптически чувствительного материала таким образом, что часть ее поверхности имеет заданную форму.Поверхность гя = сопз 1 склеивается с матрицей, изготавливаемой из материала многократно более жесткого, чем модель (например, сталь, дюралалЮминий и т.д,), Склеенная композиция проводится через режим "замораживания" и в модельном материале фиксируется (" замораживается" ) поле деформаций, соответствующее нулевым смещениям на границе с матрйцей 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 спсооб не работает при решении задач от действия заданных деформаций общего вида вследствие несжимаемости оптически чувствительного материала в высокоэластичном состоянии и невозможности создания объемных дефрмаций в элементах модели при "замораживании". Поэтому метод получил широкое распространение при решении задач, в которых вынужденные дефоромации в одном из направлений не вызывают деформаций (плоская задача).Наиболее близким по технической сущности является метод эквивалентного моделирования напряжений 2, включающий предварительное "замораживание" деформаций в элементах модели, последующее склеивание модели из этих элементов, последующее "размораживание" всей модели и определение искомых напряжений, Проблема невозможности создания в элементах, из которых собирается модель, обьемных деформаций на несжимаемом материале решается на основе теоремы эквивалентности. Для реализации метода в элементах модели следует создавать и "замораживать" не заданный тензор деформаций фц . а эквивалентный ему по напряжениям девиатор фв 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" давиатора 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 повышение точности, поскольку по сравнению с известным способом (2 исключаются различные допущения и упрощения, обусловленные предварительными расчетами и ограниченными возможностями экспериментальной модели,Сущность изобретения заключается в следующем: изготавливают элементы модели сооружения или конструкции, эти эле 5 10 менты предварительно "замораживают" в нагруженном состоянии, после чего из них склеивают модель, которую затем раэмораживают, В отличие от прототипа 2 изготавливают две модели с равным числом идентичных элементов, при этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала со сжимаемостью вы высокоэластическом состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй модели выполняют 15 из оптически чувствительного материала сосжимаемостью в высокоэластическом состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при 20 всестороннем сжатии.В качестве модельного материала, обладающего "исскуственной" сжимаемостью в высокоэластическом состоянии могут быть испльзованы так называемые "ячеистые" 25 полимеры (например, пеноэпоксид). Известно, что материал с закрытыми порами может быть представлен в виде объема, заполненного газом и воспринимающего нагрузку параллельно с полимерной матри цей. Ячейки, деформируясь сжимают газ,что ведет к изменению исходного объема композиции, фиксируемого с применением "замораживания" материала матрицы,Изобретение иллюстрируется следую щим примером из области термоупругости.Конструкция Ч состоит из двух частей Ч и Ч 2, коэффициенты линейного расширения обеих частей различны и равна соответственно а и а 2, причем а 1 (аг, Состав ная конструкция Ч равномерно нагрета дотемпературы ТС.Предложенный способ моделированияреализуется следующим образом:1, Заготовку из материала, обладающе го "искусственной" сжимаемостью и модулем упругости в высокоэластическом состоянии(Е )оо ), например, пеноэпоксид,"замораживают" под действием всестороннего давления Р,. Из "замороженной" заго товки вырезают детали, соответствующиечастям Ч и Чг (фиг.1) и круглый диск длятарировочных испытаний, толщиной т и радиусом С (фиг.2),2. Из прозрачного оптически чувствительного материала, подобранного такимобразом, что его модуль упругости и высокоэластическом состоянии (Е( )оо был по возможности близок к (Е оо ) пеноэпоксида,тям Ч 1 и Ч 2 и кольцо с внутренним радиусом С, наружным Ь и толщиной 1 (фиг,2).3. Производят склейку моделейЧ 1(Е оо ) с Ч 2(Е оа ) и Ч 1(ЕИоо ) с Ч 2(Е со ), 5 Диск из "ячеистого" полимера вклеивают в кольцо из прозрачного стандартного оптически чувствительного материала,4. После "размораживания" напряженно-деформированное состояние моделей 10 соответствует:В области Ч 1(Еоо ) и Ч 2(ЕИ со )( 01 - 02 )мод = (О 1 - С 2 )модЗдесь (д 1 - с 2 ) - разность главных напряжений в срезах прозрачных частей модели; Ь - перемещения, замеренные в 20 моделях после "размораживания".Переход к напряжениям и перемещениям в натурной конструкции производится по известным формулам25 01 - 02 )нат 01 - 01 )мод. 3 1 н ан 1 н нат Ьмод модЕоВсесто тывается н ровочного простейше ричной пло ронняя деформация ео подсчиосновании исследования тари ольца по форме, полученной из о решения центрально-симметской задачи ад(о - с )(Ли+ ео = 0,5(3) Здесь помимо общепринятых обозначений; 45 Л= 0,5 - уоо - величина, определяемая из зависимости иоо =( у, Е Оо ) и соответствующая (Е ) оа); п 1 д - порядок полосы на(1)наружном контуре образца, определяемый компенсационным методом. 50 Напряжения, деформации и перемещения в модели могут быть определены любым известным в фотоупругости способом.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 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.3. Применение тарировочной модели (кольца) исключает необходимость в точном определении величины Лю и Р, что существенно упрощает моделирование.Формула изобретения Способ моделирования напряженно- деформированного состояния конструкций и сооружений, заключающийся в изготовлении элементов модели, предварительном "замораживании" их в нагруженном состоянии, склеивании модели из этих элементов и последующем "размораживании" модели, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, изготавливают две модели с равным числом идентичных элементов, при этом первую часть элементов первой модели выполняют из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном,состоянии при всестороннем сжатии, первую часть элементов второй модели выполняют из оптически чувствительного материала со сжимаемостью в высокоэластичном состоянии при всестороннем сжатии, а вторую часть - из оптически чувствительного материала, не обладающего сжимаемостью при всестороннем сжатии.."г едактор А,Б М,Керецман Произв Заказ 3542ВНИИПИ Составитель В.СавостьяновТехред М,Моргентал Кор Тираж Подписноеэрственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,