ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Kopylov Andrey Borisovich, doctor of technical sciences, professor, toolart@,mail. ru, Russia, Tula, Tula state University,

Golovin Konstantin Alexandrovich, doctor of technical sciences, docent, head of the department, kagolovin@mail. ru, Russia, Tula, Tula state University,

Tomilova Bogdana Tomilova, master, tombogdanka@gmail. com, Russia, Tula, Tula state University

УДК 004.94; 69

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЙ

А.Р. Газаров

Приводятся результаты компьютерного моделирования, и описывается применение метода конечных элементов для решения задач связанных с аэродинамическими характеристиками зданий.

Ключевые слова: метод конечных элементов, применение, строительство, математический, аэродинамика, расчет, модель, моделирование.

Метод конечных элементов повсеместно используется для оценки различных технических, строительных, химических процессов. В том числе, одним из потенциально возможных применений метода КЭ и программ, работа которых основана на данном методе, является исследование газопереноса и обтекания воздушными потоками зданий [1-4].

В данном исследовании проводится выявление наиболее оптимальной формы здания на предмет аэродинамического обтекания из сооружения представляющее собой четверть окружности и здания треугольной (А-образной) формы.

При этом скорость движения воздушных масс составляла значительные 25 м/с, и оценивалось направление и скорость ветра уже после контактом со зданиями. Сооружения были высотой 8 м, ширина у основания 10 м, глубина также 10 м.

На рис. 1 соответственно показаны распределения воздушных масс и их скорости в сечении параллельном земле на расстоянии от нее в 1 м (рис.1, а), 4 м (рис.1, б), 7 м (рис. 1, в), 9 м (рис. 1, г).

Таким образом, расчет методом конечных элементов выявил, что наиболее оптимальная форма дома в данном случае и сточки зрения аэродинамики является А-образное (треугольное) здание, т.к. создаются потоки воздуха более правильной формы и направленные в туже сторону что и основной поток. К тому же, если рассматривать слой, находящийся над зданиями на 1 м, то можно судить о том, что треугольное здание создает меньшую область с измененной скоростью.

Ниже описывается влияние ветра на два здания, представляющих собой в первом случае четверть окружности, и во втором случае А-образное строение (треугольное). Выявлены давления, создаваемые воздушными массами на дома высотой 8 м (рис. 2).

Представлены графики сил, действующих на стенки исследуемого пространства по осям (рис. 3).

Системный анализ, управление и обработка информации

в

г

Рис. 1. Скорости в окрестности зданий на высоте: а -1 м, б - 4 м, в - 7 м, г - 9 м

Рис. 2. Давление, оказываемое воздушными массами на стены зданий

в

Рис. 3. Нормальные силы, действующие на стены с подветренной стороны по оси:

а - X; б - У; в - Z

283

Таким образом, данное исследование позывает что МКЭ, и программа Ansys отлично подходит для исследования аэродинамики и газодинамических характеристик. Данные исследования могут применяться для выявления более оптимальных характеристик и конструкций зданий и других объектов при их проектировании.

Список литературы

1. Поддаева О.И., Кубенин А.С., Чурин П.С. Архитектурно-строительная аэродинамика: учебное пособие. М.: МГСУ, 2015. 294 c.

2. Алейников С.М. Метод граничных элементов в контактных задачах для упругих, пространственно неоднородных оснований. М.: Ассоциация строительных вузов (АСВ), 2000. 713 c.

3. Алямовский А. SolidWorks/COSMOSWorks 2006/2007. Инженерный анализ методом конечных элементов / А. Алямовский. - М.: Книга по Требованию, 2007. 784 c.

4. Гилев В.М., Шпак С.И. Программное обеспечение АСНИ ИТПМ. Системные программы объектового уровня // Автоматизация аэродинамического эксперимента. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1985. С. 23-31.

5. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэродинамические измерения. М.: Наука, 1964. 720 с.

Газаров Артур Робертович, студент, den-arti777@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.

APPLICA TION OF FINITE ELEMENT METHOD TO STUDY AERODYNAMICS OF BUILDINGS

A.R. Gazarov

The results of computer modeling are presented and the application of the finite element method for solving problems related to the aerodynamic characteristics of buildings is described.

Key words: finite element method, application, construction, mathematical, aerodynamics, calculation, model, modeling.

Gazarov Artur Robertovich, student, den-arti 777@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University