Давно не писал на форуме, но сейчас хочется отписаться о любопытных результатах использования системы Динамика-плюс (Динамика во времени) для решения геометрически нелинейных задач, а именно расчета мачт с оттяжками на действие ветровой нагрузки с учетом пульсационной составляющей.

Рассматриваемая схема далека от традиционных и состоит из двух решетчатых стволов с отметкой верха +70,0 м с оттяжками, устанавливаемых на покрытии здания (отметка низа стволов +12,0 м), конструкции покрытия – стальные стропильные и подстропильные фермы. Стволы соединены двумя горизонтальными диафрагмами в уровнях крепления оттяжек, количество направлений оттяжек в плане – 4. Крепление оттяжек осуществляется, в том числе, в пролете подстропильных стальных ферм покрытия. С учетом значительного поперечного уклона покрытия оттяжки достаточно несимметричны, что приводит к необходимости рассматривать 5 направлений ветра – два поперечных, одно продольное и два диагональных (Y+, Y-, X+, XY+, XY-). Остается добавить, что углы крепления оттяжек к стволам достаточно острые. Схема не обсуждается, так надо))).

Сначала задача решалась в нелинейной постановке (оттяжки и ствол – КЭ310, преднатяжение – фаркопф КЭ308) одним из «традиционных» способов. Для каждого направления ветра задача линеаризовывалась - определялись усилия в оттяжках и соответствующая «мгновенная» жесткость каждой из оттяжек, решалась вспомогательная линейная задача с пульсацией, полученные инерционные силы (точнее среднеквадратика, что идет в некоторый запас) возвращались в исходную нелинейную задачу.

Далее с учетом нетрадиционной схемы стал вопрос оценки адекватности полученных результатов. Кроме этого, полученные результаты не давали однозначного представления об изменении уровня усилий в элементах при ветровой пульсации, что необходимо для выполнения расчета на выносливость.

Поэтому, отталкиваясь от статьи и вооружившись основами динами мачт отсюда,  была предпринята попытка решить задачу с использованием системы Динамика-плюс.

Теперь, собственно, о самих результатах Динамики-плюс.

В рамках конкретной схемы  с сокращением фронта импульса (и стремлении  трапецеидальной формы импульса к прямоугольной) отмечается высокая сходимость результатов по перемещениям и усилиям между обеими задачами – задачей с использованием импортированных инерционных сил и задачей с использованием Динамики-плюс – для всех направлений ветра!

Чуть меньшие значения перемещений и усилий  по результатам Динамики-плюс могут быть объяснены завышенными среднеквадратичными значениями инерционных сил, хотя для диагональных направлений ветра (где по результатам линейных задач отмечалась более существенная разница между действием инерционных сил и РСН от пульсационной составляющей) значения усилий в наиболее нагруженной оттяжке вообще совпали!

Также следует отметить, что по результатам Динамики-плюс при продолжительности фронта импульса, равному периоду собственных колебаний, как и отмечается у Савицкого, система не колеблется – после фронта импульса как бы переходит в новое равновесное состояние, а после прекращения действия импульса возвращается в исходное состояние. Это видно и по графику кинетической энергии, и по графикам перемещений и усилий, которые повторяют форму импульса (см. прилагаемые изображения). Это может служить подтверждением правильности вычисленного периода собственных колебаний в линеаризованной задаче.

Как отмечалось выше, для рассмотренной схемы сходимость результатов увеличивается с сокращением фронта импульса, поэтому можно предположить, что при реальной продолжительности фронта импульса ветровой нагрузки 1,0-1,5 сек (по Савицкому) перемещения и усилия в схеме будут менее определенных при «традиционном» способе решения с использованием инерционных сил.

Для решения использовалась ЛИРА-САПР 2016R3.

Ну и ложка дегтя. До сих пор пляшут знаки нагрузок на фрагмент, вычисленных по РСН на основании инерционных сил (по крайней мере, в рассматриваемой пространственной задаче с большим количеством форм), приходится править вручную. Но это тема для отдельного обсуждения, ранее поднималась здесь. В 2015 релизах задание температурной нагрузки на КЭ310 приводило к печальным последствиям (в результатах везде накладывалось усилие N=альфа*dT*EA), в 2016 поправили. Ну и нельзя не отметить, что в 2016 намного адекватней заработал КЭ308 (фаркопф).