Развитие методики расчета колебаний неразрезных упруго опертых конструктивно-нелинейных балочных систем при движущейся нагрузке

Цель диссертационной работы – совершенствование методики моделирования конструктивно-нелинейных колебаний упруго опертых балочных систем при движущейся нагрузке для достоверного прогнозирования их динамического поведения и выбора рациональных параметров при принятии проектных решений. Задачи исследования. 1. Построить вычислительный алгоритм для достоверного прогнозирования поведения конструктивно-нелинейных упруго опертых балочных систем при движущейся нагрузке в широком диапазоне параметров. 2. Спроектировать и изготовить универсальную лабораторную установку для проведения серии экспериментов с целью верификации предложенного вычислительного алгоритма. 3. Разработать конечно-элементную модель движущейся нагрузки и конструктивно-нелинейной балочной системы в современном программном комплексе для выполнения расчетов в пространственной постановке с учетом инерции груза и эффекта «обратной связи», влияния неровностей покрытия. 4. Выполнить сравнительный анализ результатов численных и лабораторных экспериментов на примере моделирования конструктивно-нелинейных колебаний шарнирно опертой балочной системы с упругими и ограничительными опорами. 5. Подготовить с помощью вычислительного алгоритма рекомендации, позволяющие подбирать рациональные соотношения параметров при назначении длины пролетов, жесткости балки и упругих связей, величины зазоров ограничительных опор. 6. Апробировать методику совместного моделирования балочной системы и подвижной нагрузки в конечно-элементном комплексе LS-Dyna для решения прикладных задач. По итогу работы: 1. Построен вычислительный алгоритм решения дифференциальных уравнений в частных производных с изменяющимися граничными условиями, который позволяет избежать вычислительной неустойчивости при опирании балки на ограничительные опоры. 2. Разработана программа в среде Matlab, позволяющая выполнять параметрический анализ колебаний конструктивно-нелинейных упруго опертых балочных систем, которые широко используются в качестве расчетных схем при решении различных инженерных задач. 3. Спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для верификации предложенной методики численного моделирования колебаний рассматриваемых балочных систем, в которой, в отличии от известных аналогов, предусмотрена возможность устройства дополнительных промежуточных упругих и ограничительных опор с регулируемой жесткостью и величиной зазора. 4. Разработаны рекомендации по выбору типа конечных элементов балки, упругих и ограничительных опор, назначению подходящих параметров демпфирования и параметров алгоритма контакта для построения адекватной совместной модели инертной подвижной нагрузки и несущей системы в программном комплексе нелинейной динамики LS-Dyna. 5. Проведена серия лабораторных испытаний и численных экспериментов для поэтапной верификации предложенных способов моделирования конструктивно-нелинейных колебаний упруго опертых балочных систем при движущейся нагрузке. Показано, что в разработанных моделях погрешность определения перемещений характерных сечений балки не превышает 10%. 6. Установлены области рациональных соотношений параметров для подбора значений жесткости балки и упругих опор, длины пролетов, величины зазора ограничителей хода при движущейся нагрузке.