Лаборатория защищенных и модульных зданий (Заключительный)

Объектами исследования являются; - ауксетический метаматериал, используемый в качестве защитного покрытия и воспринимающий воздействие ударов твердых тел и ударной волны, порождаемых природными явлениями (цунами и т.п.) и техногенными взрывами смесей горючих газов, аэрозолей или пылевых частиц с воздухом, - модульные конструкции высокой степени заводской готовности для капитального строительства административных и технологических зданий и сооружений АЭС с использованием энергоэффективных материалов. Целью научного исследования являются разработки: - Технологических зданий и сооружений атомной энергетики и атомной технологии с сотовыми покрытиями из ауксетического метаматериала с отрицательным коэффициентом Пуассона, обеспечивающим устойчивостью к ударным нагрузкам от ударов твердых тел и от ударных волн, порождаемых техногенными взрывами смесей горючих газов, аэрозолей или пылевых частиц с воздухом. - Научно-обоснованных модульных конструкции высокой степени заводской готовности для капитального строительства модульных АЭС с использованием энергоэффективных материалов и технических решений (аэрогель, материалы с фазовым переходом PCM, термочувствительные покрытия, светопрозрачные элементы с переменной прозрачностью и рефлектностью, ретроотражающие покрытия и др.). В рамках выполненных научных исследований проведен анализ динамической устойчивости сэндвич-панелей из ауксетического метаматериала при различных условиях нагрузки. Исследование включало разработку модели пластины произвольно изменяющейся толщины на основе гипотезы Кирхгофа-Лява в геометрически нелинейной постановке с учетом тангенциальных сил инерции и периодически изменяющейся внешней нагрузки. Метод Бубнова-Галеркина был применен для получения системы обыкновенных нелинейных интегро-дифференциальных уравнений что позволило решить задачу устойчивости вязкоупругой анизотропной плиты, армированной волокнами под действием быстро возрастающей сдвиговой нагрузки. Рассмотрена математическая модель в виде системы нелинейных частных интегро-дифференциальных уравнений с сингулярными релаксационными ядрами решение которой выполнялось численным методом на основе квадратурных формул. Проведено тестирование модели для обоснования точности и адекватности полученных результатов введен критерий устойчивости армированных пластин под действием сдвиговых нагрузок. В ходе исследования показано, что учет вязкоупругих свойств материала приводит к уменьшению критического времени и критической силы также увеличение угла направления волокон в пластинах снижает критическое время наибольшей устойчивостью к сдвиговым нагрузкам обладают пластины с направлением волокон 0°. Увеличение количества слоев в армированной пластине не всегда благоприятно влияет на стабильность конструкции. Разработана конечно-элементная трехмерная модель стержневой и пластинчатой элементарных ячеек метаматериала различной топологии учитывающая одноосное квазистатическое сжатие с фиксацией узлов на противоположной стороне метаматериала. Номинальные напряжения сопоставлены с результатами экспериментальных исследований и теоретическими оценками выполнен анализ механических свойств метаматериала при высокоскоростном деформировании учтены эффекты динамических факторов разработаны модели учитывающие инерционные свойства защищаемой конструкции все модели успешно прошли верификацию на основе проведенных экспериментов. Созданы CFD-модели ударной волны техногенного взрыва в ограниченных пространствах такие как вспомогательные здания АЭС и зоны вокруг основных зданий проведён расчет профилей давления скорости и спектральных характеристик ударной волны для различных параметров взрыва и расстояний до защитных конструкций модели верифицированы экспериментально что подтвердило их точность. Проведен анализ существующих конструктивно-технологических решений для модульных быстровозводимых зданий включая конструкции для АЭС разработаны новые типы модульных конструкций с использованием инновационных теплоизоляционных материалов таких как аэрогель и PCM выполнено математическое моделирование конструкций и межмодульных соединений определены их прочностные конструктивные и теплотехнические характеристики проведена оценка экологического воздействия применения модульных конструкций и систем энергосбережения все предложенные модели верифицированы экспериментально что обеспечило надежность полученных данных. Все исследования проводились с использованием современного лабораторного оборудования, включая установки разработанные коллективом что способствовало достижению высокой точности и достоверности результатов.