CC BY
34
Далее нами определены, с использованием метода работы [1], напряжения о1 и о2 как в зоне «краевого эффекта», так и вне этой зоны. Эти напряжения определены с учетом изгибных напряжений и осевых усилий. Соответствующие формулы можно взять из работы [1]. Выполнен численный расчет для резервуара объемом 1 000 м3. Определен параметр т в девяти точках вдоль образующей с шагом 10 см.
Параметр т имеет следующие значения: 0,066, 0,16, 0,31, 0,35, 0,5, 0,68, 0,76, 0,94.
Далее вычислены все величины пластических деформаций еп при вышеуказанных величинах параметра т для всех марок сталей.
Приведем минимальные значения этих деформаций, которые соответствуют значению т
= 0,4 - 0,5, для перечисленных марок сталей. В скобках указаны соответствующие деформации, полученные в натурных экспериментах из работы [1].
Вст3сп5 - £п =5,1 %, (Еп = 3,5 %); 09Г2 - еп = 3,6 %, (еп = 2,2 %);
09Г2С - Еп = 2,5 %, (еп = 2,3 %); 10ХСНД - Еп = 2,8 %, (еп = 2,0 %);
16Г2АФ- еп = 2,4 %, (еп = 2,0 %).
Заключение: 1. Самый важный вывод состоит в том, что в зоне «краевого эффекта» сталь теряет пластические свойства на длине 40-50 см, считая от днища. Это увеличивает опасность хрупкого разрушения и вполне соответствует статистическим данным, приведенным в работе [2].
2. Существуют заметные расхождения между данными экспериментов и теоретическими результатами, которые можно объяснить тем, что в резервуарах использованы наклепанные стали, и, следовательно, механические показатели, использованные для построения функции (1) необходимо уточнить построением диаграммы простого растяжения образцов, взятых из реальных резервуаров.
3. Используя полученные результаты можно уточнить коэффициент условий работы для учета пластических деформаций.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Сафарян М. К. Металлические резервуары и газгольдеры / Сафарян М. К. - М. : Недра, 1987.
- 200 с.
2. Егоров Е. А. Исследования и методы расчетной оценки прочности, устойчивости и остаточного ресурса стальных резервуаров, находящихся в эксплуатации / Егоров Е. А. -Днепропетровск, 1996. - 99 с.
3. Демидович Б. П. Численные методы анализа / Демидович Б. П., Марон И. А., Шувалова Э. З.
- М. : Физматгиз, 1963. - С. 83-88.
4. Куркин С. А., Лукьянов В. Ф. Оценка свойств тонколистного металла при двухосном растяжении // Надежность сварных соединений и конструкций. - М. : Машиностроение. - 1967. - С. 23-32.
5. Писаренко Г. С. Сопротивление материалов деформированию и разрушению при сложном напряженном состоянии / Писаренко Г. С., Лебедев А. А. - К. : Наукова думка, 1969. - 206 с.
УДК 624.042
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КАФЕДРЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ, ДЕРЕВЯННЫХ И ПЛАСТМАССОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ОДАРЕННОЙ МОЛОДЕЖЬЮ
Е. А. Егоров, д. т. н., проф., В. В. Кулябко, д. т. н., проф.
Ключевые слова: студенческая конференция, научные исследования, проектирование, магистр, специалист.
Введение. 26 апреля 2010 года. состоялась очередная студенческая научно-техническая конференция на кафедре металлических, деревянных и пластмассовых конструкций (МДПК) , см. фотографии, рисунок 1. Она показала, что среди студенческой молодежи есть ребята, которые имеют неплохую подготовку и которые с интересом относятся к научным проблемам строительства, в частности, к проблемам расчета и конструирования строительных металлоконструкций. Многие сообщения вызвали большой интерес у присутствующих, по многим вопросам имела место плодотворная дискуссия с участием студентов-докладчиков, аспирантов и преподавателей кафедры.
Вместе с тем, эта конференция и представленные на ней доклады требуют проведения более детального анализа истоков, форм и перспективных путей работы кафедры с одаренной молодежью. Ранее попытки проведения подобного анализа предпринимались в работах [1; 2] и др.
б
Рис. 1. Студенческая научная конференция на кафедре МДПК 26 апреля 2010 года: а - открытие; б - динамика стальных этажерок, Ярошенко Денис (1-е место); в - подкраново-подстропилъная ферма, Федорищев Олег г (2-е место); д
г - развитие принципов международных стандартов, Глущенко Татьяна; д - председателъ (проф. Егоров Е. А.) четко ведет процесс
1. Особенности современной ситуации в строительстве и образовании Украины
В современном преподавании технических дисциплин возникают определенные философские проблемы, связанные с бурным ростом и ежегодным обновлением компьютерного программного продукта. Такие проблемы наблюдаются, в частности, в преподавании курса «Проектирование металлических конструкций» с различными вариантами его исполнения для десятков специальностей и специализаций очной и заочной форм обучения.
Подразумевалось, что подобный технический курс необходим для будущих проектировщиков и строителей, что он поможет выпускникам сразу приступить к практической работе, например, на заводе металлоконструкций или в проектной организации. Именно так оно и было ... лет 10-20 назад.
Сегодня ситуация в сфере проектирования строительных конструкций существенным образом усложнилась в связи с активным внедрением самых различных, постоянно совершенствующихся компьютерных технологий. Такие технологии, с одной стороны, позволяют значительно повысить уровень проектирования, его эффективность и качество. С другой стороны, тотальная
компьютеризация выдвигает на первый план целый ряд новых проблем. Безусловно главной такой проблемой является тот факт, что успешное применение компьютерных технологий возможно только в том случае, если ими будут пользоваться технически грамотные специалисты, не только хорошо знающие проектное дело, но и способные разобраться в формально-математических интерпретациях теоретических основ расчета и проектирования конструкций, принятых за основу в тех или иных компьютерных комплексах. Мало того, можно смело утверждать, что применение компьютерных технологий превращает чисто проектные задачи в задачи научные, требующие умения разработки эффективной системы тестовых задач в каждом конкретном случае. То есть, сегодня проектировщик должен иметь и определенные научные наклонности и способности. Выявить и развить такие способности у студентов должен вуз. Это есть главная задача сегодняшнего образования.
Основы курса «Металлические конструкции», созданные в «докомпьютерный период» массового проектирования, должны, несомненно, в некоторой степени дорабатываться, предполагая активное применение вычислительных программных комплексов (ПК). Эти комплексы уже сегодня позволяют не только производить расчеты на различные нагружения, но и формировать расчетные
сочетания внутренних усилий (РСУ) от совместного действия нагрузок, эскизно конструировать, подбирать и проверять сечения, ориентировочно рассчитывать все основные узлы и соединения.
В таком случае становятся существенно важными следующие процессы:
1. Обеспечение доверительности к алгоритмам, заложенным в ПК. Они должны быть открытыми к обсуждению и увязанными с действующими нормами. В них должны быть указаны границы применения и погрешности к каждому типу решаемых образцовых задач, намечены перспективы преодоления возможных (сегодня и в отдаленной перспективе) расчетных трудностей. К сожалению, анонимные комментарии в различных форумах и семинары-конференции частично решают (а частично запутывают) эту задачу. Следовало бы в обязательном порядке при сертификации пакетов (ППП) и ПК требовать такие данные (по аналогии с медицинскими лекарствами!) именно от авторов продукта.
2. Обеспечение обязательной методической непрерывности и последовательности в изложении задач и разделов ПК с использованием для наглядности всех основных «наработок и рекомендаций поколений», с демонстрацией эффективности некоторых упрощенных формул, с использованием данных многочисленных экспериментов, с анализом аварий и т. п.
3. Изменение последовательности и содержания основных учебных курсов и пособий с целью обеспечения совершенно новой комплексности знаний в проектной работе, в технологической практике строительства и т. д.
Эти процессы должны зарождаться в вузе. Они будут переходить на производство в том виде, в каком их будут преподносить преподаватели. В связи с этим возникает необходимость активного взаимодействия преподавательского процесса с процессом производственным, взаимодействия студентов, преподавателей, проектировщиков и строителей. В таком ракурсе весьма положительную роль могли бы сыграть филиалы кафедр на производствах, проектных и научных институтах.
Для современного (почти нулевого) «чисто украинского» материально-технического обеспечения учебного процесса подготовка инженера представляется очень проблематичной. Свою негативную лепту вносят лихорадочно меняющиеся в последние годы не только учебные планы, но и концепции высшего образования. Ни преподавательский состав, ни студенты не успевают подстраиваться к таким методам управления. Отсюда очень и очень много недостатков в подготовке специалистов. Нет единого понимания целей, программы и форм обучения магистров. Основная надежда здесь - на поиск и поддержку одаренной студенческой молодежи, которая сможет не просто «нажимать быстрее всех кнопки ПК», а осмысленно перенять у старшего поколения глубокие знания и ответственность за отрасль, любовь к профессии! Эта молодежь и будет связывать те самые «основы знаний» с «современными средствами», выполняя тщательно обдуманные шаги по тестированию задач, анализу результатов, грамотному учету размерностей и т. п.
2. Истоки молодежных научных работ на кафедре МДПК
В 1980-х годах почти все студенты кафедры МДПК были «разобраны» по темам, хоздоговорам, заводам и предприятиям. На заводе металлоконструкций им. И. В. Бабушкина и в проектном институте «Днепрпроектстальконструкция» эффективно работали филиалы кафедры. Студенты проходили настоящую боевую практику на рабочих местах, там же в выездных ГЭКах защищали дипломные проекты, после чего их и приглашали распределяться в определенные отделы. Работала на кафедре студенческая группа «Оснастка» по проектированию стальных опалубочных форм для сборных железобетонных конструкций. Кипела работа молодежи (с получением не только знаний, но и заметной заработной платы!) по проектированию и обследованию резервуаров, мостовых и козловых кранов, подкрановых балок и др.
Параллельно с этим более 30 лет «раскручивался» студенческий научный коллектив «Резонанс», рассматривающий и практически решающий (с испытаниями на объектах Украины, Прибалтики, России) любые задачи динамики зданий и сооружений. В него входили обычно студенты, начиная с первых-вторых курсов. Через этот молодежный коллектив прошли в разные годы, посещая «кружок» по вечерам не менее одного полного учебного года, более сотни будущих хороших и главных инженеров, культурных директоров и руководителей производств.
За последние десяток лет к ним добавились ещё около 30 магистрантов. Но для этих, в большинстве своем способных ребят, судьба (в лице «организаторов болонизации по МОНУ») предоставила полную путаницу и парадоксальную бессмысленницу учебного процесса, в результате которых им на 5-м курсе дают профессиональных знаний меньше, чем традиционным специалистам.
Только на кафедре МДПК из членов легендарного «Резонанса» [2] остались работать доценты И. И. Давыдов, В. П. Чабан, ассистенты кафедры А. В. Масловский, Ю. В. Дудник, заканчивает
заочную аспирантуру ведущий инженер ДПСК А. А. Макаров. Работают над докторскими диссертациями по тематике кафедры и «Резонанса» В. П. Редченко, В. А. Банах и др.
Потенциальными членами «Резонанса» являются также многочисленные соискатели и магистранты («нормальные», - 6-го года обучения!) других вузов, в том числе и вузов других регионов Украины. Так, многолетние дружеские и учебно-научные связи связывают «Резонанс» с соискателями не только Днепропетровска, но и с магистрантами и аспирантами, например, вуза 5-го (высшего!) уровня международной аккредитации - ДонНАСА, совместные работы с соискателями ЗГИА и т. д. За последние годы «обучены основам динамики» несколько сотен человек! Получены, испытаны и внедрены многочисленные совместные разработки, на которые получены патенты на изобретения.
3. Тематика молодежных научных работ на кафедре МДПК
Рассмотрим кратко реализуемые и возможные направления студенческих и молодёжных научных проблем и тематики для исследований. Сюда, в задачи кафедры, входит:
1) Привлечение (при тесном взаимодействии со смежными кафедрами «Прикладной математики», «Теоретической механики», «Строительной механики и сопротивления материалов», «Оснований и фундаментов», «Железобетонных конструкций» и др.) способной молодежи младших курсов к научным работам на кафедре МДПК с персональным курированием достойных студентов до бакалаврата - магистратуры - аспирантуры.
2) Проведение олимпиад по специальности ПГС и МК, а также конкурсов студенческих, бакалаврских и магистерских научных и проектных работ.
3) В рамках конкурса «Интеллект, творчество, успех» - проведение специальной кружковой работы с научной профориентацией и организация подготовки ежегодных студенческих научных конференций.
4) Проведение конкурсов на звания «Лучший конструктор», «Лучший расчетчик металлоконструкций», «Лучший изобретатель» - желательно на всех потоках с подведением итогов на научной конференции.
5) Участие студентов и аспирантов кафедры в выполнении научных и хоздоговорных работ, включая совместные публикации результатов.
6) Участие аспирантов и магистрантов кафедры в вузовских, общеукраинских и международных научных конференциях.
3.1. Что нового из научных проблем исследуют сегодня студенты на кафедре?
Отметим, что на кафедре магистрантами и студентами-исследователями ведется весьма серьезная научная работа по актуальным и важным темам (см. табл.).
Таблица
№ Ф.И.О. студента группа Тема доклада Науч. рук.
1 Ярошенко Денис 1001М Многоэтажная стальная промышленная этажерка - исследование колебаний
2 Багрова Ирина 1010 Влияние конфигурации высотных зданий со стальным каркасом на виброэкологические показатели комфорта
3 Федорищев Олег 1002 Исследование колебаний подкраново-подстропильной стальной фермы пролетом 48 м Кулябко В. В.
4 Бабкина Елена 1010 Демпфирующие устройства и защитные схемы для повышения безопасности и снижения уровня колебаний стальных высотных каркасов зданий и сооружений
5 Глущенко Татьяна 1010 Развитие метода динамического формообразования (МДФ) на сложные здания и сооружения
6 Соколова Анастасия 1001М Инженерные методы расчета стальных резервуаров на сейсмические воздействия
7 Дмитренко Константин 1001 Исследование динамических откликов стального каркаса здания машзала АЭС на воздействие сейсмических загрузок Егоров Е. А.
ё8 Колдаев Дмитрий 1001М Эффективность применения высокопрочных сталей в конструкциях стальных резервуаров
Продолжение таблицы
9 Шуляр Михаил 803 Особенности расчета строительных конструкций методом конечних элементов Давыдов И. И.
10 Захарчук А. 1001М Реконструкция литейного цеха
11 Присяжный Ростислав 1009 Конструктивные решения баз центрально сжатых колонн Братусь Н. Г.
12 Подкорытов Сергей 1006 Исследование металлоемкости стропильных конструкций
3.2. К каким темам и научным руководителям приглашаются для сотрудничества студенты?
В настоящее время исследования сотрудников кафедры выполняются по двум направлениям: совершенствование методов расчета и конструирования стальных и деревянных конструкций (рук. -проф. Е. А. Егоров) и развитие способов моделирования, расчета, испытаний и диагностики зданий и сооружений при динамических воздействиях (рук. - проф. В. В. Кулябко).
Выбор студентом (соискателем) первого направления свяжет его, прежде всего, с богатой практикой кафедры по обследованию и развитию теории расчета стальных резервуаров для нефтепродуктов (доц. Ю. В. Федоряка, асс. А. А. Кустовский). С работами по арочным легким сооружениям (доц. Н. Г. Братусь, асс. П. В. Янкин). С поиском и классификацией дефектов стальных подкрановых балок, с их сложными расчетами (доц. В. П. Хлебородов, асс. И. П. Журба). Узлы и соединения новых схем зданий можно изучать под руководством доцентов Т. А. Ковтун-Горбачевой и И. И. Набоковой, а сложных оболочек и их узлов - доц. Ю. В. Кузенко.
Второе направление исследований развивают на кафедре доценты И. И. Давыдов и В. П. Чабан, которые много работают с производствами, эксплуатирующими антенные сооружения и объекты мобильной связи. Испытания в натурных условиях, диагностика и нелинейные компьютерные расчеты колебаний зданий и сооружений - тематика их и асс. А. В. Масловского. Особый интерес здесь представляют изобретательские задачи по созданию новых демпфирующих устройств, снижающих колебания объектов.
3.3. Какими перспективными исследовательскими и диссертационными темами можно сегодня заниматься и прикрепляться к кафедре МДПК?
Перспективные планы для активных потенциальных аспирантов и соискателей, знающих строительство и программирование (перечисленные ниже темы и направления № 1, № 2, № 3 имеют общее начало, но разные варианты продолжений):
№ 1 - Создание методик, программ и численные исследования нелинейных эффектов статико-динамического взаимодействия сооружений с основанием, проблемы сейсмики.
№ 2 - Создание методик, программ и численные исследования нелинейных эффектов статико-динамического взаимодействия сооружений с ветровым потоком.
№ 3 - Создание методик, программ и численные исследования нелинейных эффектов статико-динамического взаимодействия сооружений с транспортными и пешеходными подвижными нагрузками.
№ 4 - Развитие метода динамического формообразования (МДФ) с разработкой теоретически и экспериментально обоснованных предложений для ТК ISO по конкретным типам зданий и сооружений.
№ 5 - Развитие метода динамического конструирования (МДК) с обоснованием нелинейными расчетами принципиально новых эффективных демпфирующих устройств, узлов и элементов для сейсмостойких, ветроустойчивых и терроробезопасных зданий и сооружений и разработкой практических инженерных методик проектирования
№ 6 - Развитие метода динамической диагностики (МДД) и мониторинга с разработкой практических инженерных методик проведения динамических испытаний, обработки их результатов, расчетов и эффективного конструирования.
Выводы. 1. Современность выдвигает перед высшим образованием ряд совершенно новых задач, решение которых становится возможным только при условии хорошо отработанных учебных комплексов на основе тесного взаимодействия (создание научных агрегатов) целого ряда кафедр, преподающих прикладные дисциплины, с выпускающими кафедрами.
2. Необходимо самым серьезным образом отнестись к возобновлению активной работы филиалов выпускающих кафедр на производстве.
3. Следует добиваться скорейшего упорядочения подготовки бакалавров и магистров. Существующую практику подготовки магистров следует считать неприемлемой для достижения задач, выдвигаемых современной строительной индустрией.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков В. И. Современное металлостроительство в научных исследованиях и учебном процессе академии / В. И. Большаков, Е. А. Егоров // Вюник Придшпровсько! державно! академп буд1внищва та архггектури. - 2008. - № 10. - С. 4-7.
2. Кулябко В. В. Динамика металлических конструкций и проблемы строительства, науки и образования (к десяти юбилеям "Резонанса") / В. В. Кулябко // Вюник Придшпровсько! державно! академп буд1вництва та архггектури. - 2008. - № 10. - С. 12-20.
УДК 624.042
СОЗДАНИЕ УПРОЩЕННОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СТАЛЬНОЙ
МНОГОЭТАЖНОЙ РАМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ НЕЛИНЕЙНОГО ГАСИТЕЛЯ
Д. С. Ярошенко, студ.
Ключевые слова: упрощенная динамическая модель, временная область, нелинейный гаситель.
Известны работы по нелинейной сейсмозащите, по расчетам (в соответствии с требованиями ДБН В.1.1-12:2006) сооружений на реальные акселерограммы, заданные во временной области, а также — по моделированию, см. [1—5]. Выполнять точные решения таких современных задач нелинейной динамики сооружений очень сложно и, в подавляющем большинстве случаев, — нецелесообразно. Поэтому актуально создание такой математической модели процесса, которая «с инженерной точностью» отображала бы поведение систем при динамических нагрузках, позволяла бы конструктору создавать новые гасители колебаний.
Исходные данные. Рассмотрим как пример колебания плоской рамы, являющейся частью каркаса промышленной этажерки и подверженной влиянию динамической нагрузки. На ригели плоской 4-этажной рамы (размеры даны на рисунке) действует распределенная нагрузка величиной 6,5 кН/м. В уровне 4-го ригеля на раму действует гармоническая нагрузка величиной 1 кН с частотой, равной первой частоте свободных колебаний рамы.
Создание динамической модели рамы. На динамические характеристики рамы влияет погонная изгибная жесткость ригелей и стоек. Попытаемся подобрать такое их соотношение, которое позволяло бы не учитывать, например, изгибные деформации ригелей. Минимальные (начальные) сечения элементов рамы, обеспечивающие ее статическую прочность и устойчивость, составляют: стойки - двутавр № 10, ригели -двутавр № 12. При помощи ПК «ЛИРА» 9.2 вычислим по 4 низшие собственные частоты рамы, увеличивая жесткость ригелей в 5—120 раз. (Массы рамы не менялись и сосредотачивались в крайних узлах всех ригелей - по 1 т, всего 8 т. Стержни считались невесомыми и несжимаемыми). Судя по таблице 1, относительно близкими будут характеристики уже при замене ригеля с 12-го на 20-й двутавр.
Таблица 1
\цг 31
6.5кН/м / 1
\х!Е
6.5кН/м / 1
\пг
6.5кН/и / ^ 1
\khW\kkkkkkkkkkk
1_1Ш2 К 1
. 3000
ы
1Ы
Рис. 1. Расчетная схема
