CC BY
10
The paper provides an analysis of the designs of several types of lifting and transport equipment, which is used in mining. The design features and features of machines in general are described.
Key words: lifting equipment, transport vehicles, mining, mining equipment, analysis, design.
Grigoryev Maksim Sergeevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.94:624
ИМИТАЦИОННОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ТОННЕЛЕЙ
ЯК. Исаева
В данной работе проводится сравнительный анализ нескольких видов элементов укрепления тоннелей при помощи имитационно-компьютерного моделирования. Проводится исследование напряжений в элементах укреплений, а также их деформирования под нагрузкой.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, имитационное моделирование, сравнительный анализ, подземное строительство, нагрузка, стальная опора, конструкция.
Сравнительный анализ является весьма эффективным методом определения лучшего объекта по многочисленным сравниваемым характеристикам. А в совокупности с методами имитационного компьютерного моделирования это дает серьезный инструмент в решении различных современных проблем. В качестве исследуемых вопросов, для которых возможно применение описанной выше совокупности могут выступать самые различные процессы и явления: физические, химические, астрономические, погодные и др. [1].
В данном случае с применением аналитического сравнения и метода компьютерного моделирования будет рассмотрено влияние формы и конструкции укрепления тоннельного свода на характер деформирования и на величину деформаций при значительном увеличении нагрузки (больше выдерживаемой).
Подобные строения применяются для усиления конструкции и уменьшения риска обрушения всего тоннеля или его части [2-4]. Будет рассмотрено 3 варианта укрепления:
1. Повторяющее форму свода;
2. Укрепление, имеющее горизонтальное ребро жесткости в верхней части;
3. Укрепление с вертикальной колонной.
Для оценки приведенных выше укреплений были проведены моделирования их нагружения в программе Ansys с целью исследования изменения формы конструкции (рис. 1). Существует ряд исследований [5-8], направленных на решение похожих вопросов, однако исследования форм укреплений на данный момент не найдены. Укрепления изготовлены из стали 35 и имеют длину стороны сечения равную 0,4 м. Конструкция нагружается силой, равной 500 кН, распределенной равномерно по всей площади верхней части укрепления.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 8
Рис. 1. Изменение формы
б
Моделирование показало, что горизонтальное ребро жесткости не дает значительного эффекта в увеличении выдерживаемой нагрузки, а характер изменения формы практически повторяет вариант без усиления укрепления. Вертикальная колонна дает значительное увеличение выдерживаемой нагрузки более чем на 21%. При этом колонна значительно меняет характер деформирования укрепления. Стоит отметить, что рассматривались деформации и изменения формы укрепления в один и тот же промежуток времени.
Помимо этого, были рассмотрены деформации, возникающие в укреплении при нагружении, которые представлены на рис. 2.
I
0.00066646 Мах
0,00059243
0,00051837
0,00044432
0,00037027
0,00029621
0,00022216
0,00014511
7,4053е-5
0 М!п
Рис. 2. Деформация
В первом случае наибольшей деформации подвержены верхние части укрепления, а также ребро жесткости (во втором случае). При рассмотрении же варианта укрепления с колонной наблюдается значительно меньшая степень изменения формы относительно первоначальной. К тому же, при использовании колонны величина деформаций уменьшается более чем в 2 раза относительно первых двух вариантов.
а
в
в
В итоге компьютерное моделирование в совокупности с аналитическим сравнением выявили наилучший вариант из рассматриваемых. В данном случае по совокупности факторов можно сделать вывод о том, что вариант укрепления с вертикальной опорой является наиболее приемлемым. Однако не всегда имеется возможность для изготовления подобной опоры из-за необходимости прохода через тоннель больших по габаритным размерам грузом или машин.
Список литературы
1. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. М.: Ленанд, 2010. 456 с.
2. Беляев В.Ф., Пястолов А.В. Механические и физико-химические способы укрепления горных пород. М.: Недра, 1967. 115 с.
3. Гринев А.А., Дориан И.Я., Афендиков Л.С. Исследование вопросов технологии возведения и статической работы тоннельных обделок из монолитно-прессованного бетона. М.: Транспорт, 1971. 145 с.
4. Расчет сооружений с применением вычислительных машин. Под общ. ред. А.Ф. Смирнова. М.: Транспорт, 1964. 377 с.
5. Еремеев А.А., Изотов Е.А., Шаронина Е.В. Деформирование строительной двутавровой балки с гофрированной стенкой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 139-142.
6. Акулин В.А., Кондратьев М.А., Рерих В.А. Анализ метода повышения выдерживаемой нагрузки и безопасности колонн при возведении зданий // Перспективы науки. 2019. №3 (114). С. 16-18.
7. Еремеев А.А. Исследование деформирования моста под нагрузкой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 417-420.
8. Газаров А.Р. Применение программного обеспечения Ansys для выявления аэродинамических характеристик зданий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 11. С. 344 - 347.
Исаева Яна Константиновна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
SIMULATION COMPUTER SIMULATION AND COMPARATIVE ANALYSIS
OF TUNNEL DESIGNS
Y.K. Isaeva
In this work, a comparative analysis of several types of tunnel reinforcement elements is carried out using computer simulation modeling. The study of stresses in the elements of reinforcement, as well as their deformation under load is being carried out.
Key words: computer modeling, simulation modeling, comparative analysis, underground construction, load, steel support, structure.
Isaeva Yana Konstantinovna, master, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
