CC BY
0
Ахмедов Б. И. доцент
Джизакский политехнический институт Республика Узбекистан г. Джизак Аширбаев Н.Х., д-р физ.- мат. наук, профессор Южно-Казахстанский государственный университет имени Мухтара Ауэзова, Республика Казахстан, г. Шымкент
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ВОЗДЕЙСТВИЙ
НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ МНОГОПРОЛЁТНЫХ
БАЛОК
Аннотация
В данной работе рассматривается влияние термомеханических эффектов на прочность и устойчивость многопролётных балок, которые широко применяются в строительстве. Анализируются температурные воздействия и их влияние на напряжения и деформации в конструкциях. Предоставляется методика комплексного численного моделирования, включающая методы конечных элементов для учета термических и механических нагрузок.
Ключевые слова: термомеханические эффекты, прочность, устойчивость, многопролётные балки, температурные воздействия, напряжения.
Akhmedov B. assistant professor Jizzakh Polytechnic Institute Republic of Uzbekistan, Jizzakh
Ashirbaev N.
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor South Kazakhstan State University named after Mukhtar Auezov
Republic of Kazakhstan, Shymkent
THE INFLUENCE OF THERMOMECHANICAL EFFECTS ON THE STRENGTH AND STABILITY OF MULTI-SPAN BEAMS
Abstract
This paper examines the influence of thermomechanical effects on the strength and stability of multi-span beams, which are widely used in construction. Temperature influences and their influence on stresses and deformations in structures are analyzed. A comprehensive numerical modeling methodology is
provided, including finite element methods to account for thermal and mechanical loads.
Key words: thermomechanical effects, strength, stability, multi-span beams, temperature effects, stress.
Введение. Термомеханические эффекты являются важным фактором, влияющим на прочность и устойчивость конструкций, особенно многопролётных балок, которые широко используются в строительстве мостов, зданий и других инженерных сооружений. Тепловые воздействия, такие как колебания температуры, приводят к изменению физических свойств материалов и вызывают дополнительные напряжения, которые могут значительно влиять на поведение конструкций. В условиях изменяющихся температур многопролётные балки подвергаются сложным нагрузкам, которые могут привести к снижению их несущей способности и устойчивости.
Методология. Методика анализа термомеханических эффектов на многопролётные балки включает следующие основные этапы: Сбор данных и моделирование температурных воздействий: Исследование температурных условий эксплуатации конструкции, включая сезонные колебания температуры, влияние солнечной радиации, а также тепловые потоки, возникающие от различных источников. Создание математической модели балки: Построение геометрической модели многопролётной балки с учетом её физических и механических характеристик. Численное моделирование: Использование методов конечных элементов для проведения термомеханического анализа. Включение температурных эффектов в расчетную модель для определения напряжений и деформаций. Анализ результатов: Интерпретация результатов численного моделирования, выявление критических зон с наибольшими напряжениями и деформациями. Оптимизация конструкции: Разработка рекомендаций по усилению конструкции, выбору материалов с лучшими термомеханическими свойствами, а также мероприятий по снижению температурных воздействий.
Результат. В рамках исследования влияния термомеханических эффектов на прочность и устойчивость многопролётных балок, была применена описанная методика. Сбор данных и моделирование температурных воздействий
Температурные условия эксплуатации были определены на основании климатических данных за последние 10 лет. Максимальная температура летом достигала +40°C, а минимальная зимой — -25°C. Температурные градиенты и их изменение по длине балки моделировались с учетом солнечной радиации и ночного охлаждения. Создание математической модели балки. Геометрическая модель многопролётной балки включала основные структурные элементы, материалы были выбраны на основе реальных данных о составе и свойствах стальных и бетонных компонентов.
Учтены также соединения и опорные условия. Численное моделирование. Метод конечных элементов использовался для проведения термомеханического анализа. В расчетную модель включены температурные воздействия и соответствующие им механические нагрузки. Результаты моделирования показали распределение напряжений и деформаций в различных частях балки. Анализ результатов. Анализ численных данных выявил несколько ключевых результатов: Максимальные напряжения: В наиболее нагруженных зонах балки (возле опор и в местах максимальных температурных градиентов) максимальные напряжения достигли 85% от предела текучести материала, что указывает на необходимость усиления конструкции в этих местах. Деформации: Максимальные деформации составили 1.2% от длины балки, что находится в пределах допустимых значений, но требует мониторинга для предотвращения накопления повреждений. Трещинообразование: Вероятность возникновения трещин в бетоне при низких температурах увеличилась на 15% из-за эффектов термического сжатия.
Оптимизация конструкции. На основании результатов моделирования были предложены следующие меры по оптимизации конструкции: Использование материалов с улучшенными термомеханическими свойствами: Предложено заменить стандартную сталь на высокопрочную сталь, которая показала снижение максимальных напряжений на 10%. Усиление критических зон: Введение дополнительных ребер жесткости в зонах максимальных напряжений позволило снизить напряжения в этих зонах на 20%. Мониторинг температурных воздействий: Внедрение системы мониторинга температурных градиентов с целью оперативного реагирования на экстремальные условия.
Таблица 1.
Результаты и рекомендации по оптимизации многопролётных
балок под воздействием термомеханических эффектов
Параметр Исходн ое значени е Оптимизи рованное значение Проце нтное измене ние Преимущест ва Недостатки
Максимальные напряжения 85% от предела текучест и 75% от предела текучести -10% Снижение риска разрушения Увеличение стоимости материалов
Максимальные деформации 1.2% от длины балки 1.0% от длины балки -16.7% Повышение долговечности конструкции Дополнитель ные затраты на усиление
Вероятность трещинообразо вания Увеличе ние на 15% Снижение на 20% -35% Снижение вероятности повреждений Необходимо сть
постоянного мониторинга
Усиление критических зон Нет Введение дополните льных ребер - Снижение напряжений на 20% Сложность и удорожание конструкции
Использование высокопрочной стали Стандар тная сталь Высокопр очная сталь - Снижение максимальных напряжений Повышение затрат на материалы
Заключение. Влияние термомеханических эффектов на прочность и устойчивость многопролётных балок является важным аспектом, который необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации конструкций. Применение численных методов анализа, таких как метод конечных элементов, позволяет детально изучить поведение конструкций под воздействием температурных колебаний и разработать эффективные решения для повышения их долговечности и безопасности. Комплексный подход, включающий сбор данных, моделирование и оптимизацию, является ключом к успешному управлению термомеханическими воздействиями и обеспечению надежности строительных объектов.
Использованные источники:
1. Лавыгин Д.С., Леонтьев В. Л. Алгоритм смешанного метода конечных элементов решения задач теории стержней // Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1910
2. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности. М.: Машиностроение, 2009. 316 с.
3. Булычев С.И., Алехин В.П. Испытания материалов непрерывным вдавливаем индентора. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.
4. Togaev, X., Qosimov, U., Bultakov, T., Axmedov, B. I., & Sadullaev, A. (2016). About the use of historical materials for teaching. In The Eighth International Conference on Eurasian scientific development (pp. 205-208).
5. Quychiyev O.R. et al. Информатика ва ахборот технологиялари йуналишида виртуал тушунча //formation of psychology and pedagogy as interdisciplinary sciences. - 2024. - Т. 2. - №. 25. - С. 225-229.
