ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    

 



Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 











 


Архив выпусков

Выпуск 3 (55), 2019


Численный анализ напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки, взаимодействующей с основанием, с учетом изменения расчетной модели во времени


Косицын С. Б., Федоров В. С., Акулич В. Ю.


Косицын С. Б., советник РААСН, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой теоретической механики, Российский университет транспорта, Россия, г. Москва, тел.: (499) 978-16-73, e-mail: kositsyn-s@yandex.ru

Федоров В. С., академик РААСН, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой строительных конструкций, зданий и сооружений, Российский университет транспорта, Россия, г. Москва, e-mail: fvs_skzs@mail.ru 

Акулич В. Ю., аспирант кафедры теоретической механики, Российский университет транспорта, Россия, г. Москва, e-mail: vladimir.akulich@gmail.com

 
 
Постановка задачи. Цель работы — оценить влияние учета изменения расчетной модели во времени на напряженно-деформированное состояние цилиндрической оболочки, взаимодействующей с окружающим основанием, методом конечных элементов. Рассмотрено шесть расчетных случаев с разным количеством расчетных стадий. Взаимодействие цилиндрической оболочки и окружающего основания реализовано через контактные пары. Также составлена расчетная модель с учетом коэффициента трения между цилиндрической оболочкой и окружающим основанием. Расчеты выполнены с учетом геометрической, физической и контактной нелинейностей. 
Результаты. Результаты расчетов представлены в виде графиков напряжений по Мизесу в теле цилиндрической оболочки в зависимости от количества расчетных стадий и порядкового номера кольца оболочки. Представлено распределение напряжений по Мизесу в некоторых кольцах цилиндрической оболочки. Также проведено сравнение напряжений по Мизесу для двух расчетных моделей: с учетом и без учета коэффициента трения между оболочкой и окружающим основанием. 
Выводы. Полученные результаты показали, что учет изменения расчетной модели во времени существенно влияет на напряженно-деформированное состояние цилиндрической оболочки и окружающего основания. Опираясь на полученные результаты от шести расчетных случаев рекомендуется в практических расчетах принимать 8 и более расчетных стадий сооружения оболочки. Помимо этого, установлено, что учет коэффициента трения между цилиндрической оболочкой и окружающим основанием значительно снижает величину максимальных напряжений по Мизесу в теле оболочки.
 
Ключевые слова: стадийный расчет, метод конечных элементов, цилиндрическая оболочка, контактные конечные элементы.


DOI: 10.25987/VSTU.2019.55.3.009

 

Библиографический список

1. Александров, А. В. Основы теории упругости и пластичности / А. В. Александров, В. Д. Потапов. — М.: Высш. шк., 1990. — 400 с. 
2. Басов, К. А. ANSYS: Справочник пользователя / К. А. Басов. — М.: ДМК Пресс, 2005. — 640 с. 
3. Габбасов, Р. Ф. К расчету гибких труб на совместное действие внешней нагрузки и внутреннего давления с учетом отпора грунта / Р. Ф. Габбасов // Гидротехническое строительство. — 1970. — № 10. — С. 17—19. 
4. Клейн, Г. К. Расчет подземных трубопроводов / Г. К. Клейн. — М.: Изд-во литературы по строительству, 1969. — 240 с. 
5. Косицын, С. Б. Расчет стержневых систем, взаимодействующих с упругим основанием, методом конечных элементов с использованием программного комплекса MSC/NASTRAN for Windows / С. Б. Косицын, Д. Б. Долотказин. — М.: МИИТ, 2004 — 116 с. 
6. Леонтьев, Н. Н. Практический метод расчета тонкостенной цилиндрической трубы на упругом основании / Н. Н. Леонтьев // Тр. Московского инженерно-строительного института. — 1957. — Из. 27. — С. 47—69. 
7. Морозов, Е. М. ANSYS в руках инженера: Механика разрушения / Е. М. Морозов, А. Ю. Муйземнек, А. С. Шадский. — 2-е изд., испр. — М.: ЛЕНАНД, 2010. — 456 с. 
8. Чигарев, А. В. ANSYS для инженеров: справ. пособие / А. В. Чигарев, А. С. Кравчук, А. Ф. Смалюк. —М.: Машиностроение-1, 2004. — 512 с. 
9. Шагивалеев, К. Ф. Расчет замкнутой цилиндрической оболочки, заполненной сыпучим материалом, на радиальную нагрузку / К. Ф. Шагивалеев // Известия вузов. Строительство. — 2003. — № 2. — С. 20—23. 
10. Шапошников, Н. Н. Расчет круговых тоннельных обделок на упругом основании, характеризуемом двумя коэффициентами постели / Н. Н. Шапошников // Научн. тр. Московского института инженеров железнодорожного транспорта. — 1961. — Вып. 131. — С. 296—305. 
11. Ahmad, S. Analysis of Thick and Thin Shell Structures by Curved Finite Elements / S. Ahmad, B. M. Irons, O. C. Zienkiewicz // International Journal for Numerical Methods in Engineering. — 1970. — Vol. 2, № 3. — P. 419—451. 
12. Altaee, A. Finite Element Modeling of Lateral Pipeline-Soil Interaction / A. Altaee, B. H. Fellenius // 14th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE—96). — Florence, 1996. — URL: https://www.fellenius.net/papers/190 %20Pipeline%20Soil%20Interaction.pdf. 
13. Ando, V. Stress Distributions in Thinwalled Intersecting Cylindrical Shells Subjected to Internal Pressure and Inplane Force / V. Ando, G. Yagawa, F. Kikuchi // Proc. 1st Int. conf. react. technology, Berlin. — Vol. 3. — P. 1—13. 
14. Belytschko, Т. Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures / Т. Belytschko, W. K. Liu, B. Moran // John Wiley & Sons Ltd, 2000. — 667 p. 
15. Gallagher, R. H. Finite Element Analysis. Fundamentals / R. H. Gallagher. — Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1975. — 416 p. 
16. Gantayat, A. N. Finite Element Analysis of Thin and Thic Walled Tubular Joints / A. N. Gantayat, G. H. Powell // Nucl. Eng. Des. — 1978. — P. 381—394. 
17. Love, A. E. H. A. Treatise on the Mathematocal Theory of Elasticity / A. E. H. A. Love. — V. II. Cambridge, 1893. — 327 p. 
18. Mair, R. J. Ground Movements Around Shallow Tunnels in Soft Clay / R. J. Mair, M. J. Gunn, M. P. O’Reilly // Proc. 10th ICSMFE. — Rotterdam: Balkema, 1981. — Vol. l. — 245 p. 
19. О'Reilly, M. P. Settlement Above Tunnels in the United Kingdom — Their Magnitude and Prediction / M. P. О'Reilly, B. New // Proc. Int. Symposium Tunnelling—82. — London: Institution of Mining and Metallurgy, 1982. — P. 173—181. 
20. Peck, R. B. Deep Excavations and Tunnelling in Soft Ground / R. B. Peck // Proc. 7th ICSMFE. Mexico. — 1969. — P. 146—151. 
21. Zienkiewicz, O. C. The Finite Element Method. Vol. 2: Solid Mechanics / O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor. — 5th edition. — Butterworth-Heinemann, 2000. — 479 p.

 
 

Ссылка для цитирования

Косицын, С. Б. Численный анализ напряженно-деформированного состояния цилиндрической оболочки, взаимодействующей с основанием, с учетом изменения расчетной модели во времени / С. Б. Косицын, В. С. Федоров, В. Ю. Акулич // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2019. - № 3 (55). - С. 84-93. - DOI: 10.25987/VSTU.2019.55.3.009.

 
 
 
 

English version 

 

Numerical Analysis of a Cylindrical Shell and Soil Taking into Account Changes in a Computational Model over Time

Kositsyn S. B., Fedorov V. S., Akulich V. Yu.
 
 

Kositsyn S. B., Adviser of the RAACS, D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Theoretical Mechanics, Russian University of Transport, Russia, Moscow, tel.: (499) 978-16-73, e-mail: kositsyn-s@yandex.ru

Fedorov V. S., Full Member of the RAACS, D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Engineering Construction, Buildings and Structures, Russian University of Transport, Russia, Moscow, e-mail: fvs_skzs@mail.ru

Akulich V. Yu., PhD student of the Dept. of Theoretical Mechanics, Russian University of Transport, Russia, Moscow, e-mail: vladimir.akulich@gmail.com


 
Statement of the problem. The study seeks to identify the effect of taking into account changes in the computational model over time on the stress-strain of the cylindrical shell and soil using finite elements methods. Six calculated cases with a varying number of calculated stages were compiled. The interaction of the cylindrical shell and the soil is implemented through contact pairs. Also, a calculation model is made taking into account the coefficient of friction between the cylindrical shell and the soil. The calculations were performed taking into account geometric, physical and contact nonlinearities. 
Results. The results of the calculations are presented in the form of diagrams of Mises stresses in the body of a cylindrical shell. The Mises stress distribution in some rings of the cylindrical shell is presented. The Mises stresses are also compared for two computational models: with and without taking into account the friction coefficient between the shell and the soil. 
Conclusions. The obtained results showed that changes in the computational model over time significantly affect the stress-strain of the cylindrical shell and the soil. Based on the results of the six calculated cases, it is recommended that 8 or more calculated stages of the shell design should be followed in actual practical calculations. It is also found that the coefficient of friction between the cylindrical shell and the soil significantly reduces the maximum Mises stresses in the shell body. 
 
Keywords: construction stages, finite elements method, cylindrical shell, contact finite elements. 


DOI: 10.25987/VSTU.2019.55.3.009

References

1. Aleksandrov, A. V. Osnovy teorii uprugosti i plastichnosti / A. V. Aleksandrov, V. D. Potapov. — M.: Vyssh. shk., 1990. — 400 s.
2. Basov, K. A. ANSYS: Spravochnik pol'zovatelya / K. A. Basov. — M.: DMK Press, 2005. — 640 s.
3. Gabbasov, R. F. K raschetu gibkikh trub na sovmestnoe deistvie vneshnei nagruzki i vnutrennego davleniya s uchetom otpora grunta / R. F. Gabbasov // Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo. — 1970. — № 10. — S. 17—19.
4. Klein, G. K. Raschet podzemnykh truboprovodov / G. K. Klein. — M.: Izd-vo literatury po stroitel'stvu, 1969. — 240 s.
5. Kositsyn, S. B. Raschet sterzhnevykh sistem, vzaimodeistvuyushchikh s uprugim osnovaniem, metodom konechnykh elementov s ispol'zovaniem programmnogo kompleksa MSC/NASTRAN for Windows / S. B. Kositsyn, D. B. Dolotkazin. — M.: MIIT, 2004 — 116 s.
6. Leont'ev, N. N. Prakticheskii metod rascheta tonkostennoi tsilindricheskoi truby na uprugom osnovanii / N. N. Leont'ev // Tr. Moskovskogo inzhenerno-stroitel'nogo instituta. — 1957. — Iz. 27. — S. 47—69.
7. Morozov, E. M. ANSYS v rukakh inzhenera: Mekhanika razrusheniya / E. M. Morozov, A. Yu. Muizemnek, A. S. Shadskii. — 2-e izd., ispr. — M.: LENAND, 2010. — 456 s.
8. Chigarev, A. V. ANSYS dlya inzhenerov: sprav. posobie / A. V. Chigarev, A. S. Kravchuk, A. F. Smalyuk. —M.: Mashinostroenie-1, 2004. — 512 s.
9. Shagivaleev, K. F. Raschet zamknutoi tsilindricheskoi obolochki, zapolnennoi sypuchim materialom, na radial'nuyu nagruzku / K. F. Shagivaleev // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. — 2003. — № 2. — S. 20—23.
10. Shaposhnikov, N. N. Raschet krugovykh tonnel'nykh obdelok na uprugom osnovanii, kharakterizuemom dvumya koeffitsientami posteli / N. N. Shaposhnikov // Nauchn. tr. Moskovskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta. — 1961. — Vyp. 131. — S. 296 — 305.
11. Ahmad, S. Analysis of Thick and Thin Shell Structures by Curved Finite Elements / S. Ahmad, B. M. Irons, O. C. Zienkiewicz // International Journal for Numerical Methods in Engineering. — 1970. — Vol. 2, № 3. — P. 419 — 451.
12. Altaee, A. Finite Element Modeling of Lateral Pipeline-Soil Interaction / A. Altaee, B. H. Fellenius // 14th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering (OMAE—96). — Florence, 1996. — URL: https://www.fellenius.net/papers/190 %20Pipeline%20Soil%20Interaction.pdf.
13. Ando, V. Stress Distributions in Thinwalled Intersecting Cylindrical Shells Subjected to Internal Pressure and Inplane Force / V. Ando, G. Yagawa, F. Kikuchi // Proc. 1st Int. conf. react. technology, Berlin. — Vol. 3. — P. 1—13.
14. Belytschko, T. Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures / T. Belytschko, W. K. Liu, B. Moran // John Wiley & Sons Ltd, 2000. — 667 p.
15. Gallagher, R. H. Finite Element Analysis. Fundamentals / R. H. Gallagher. — Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1975. — 416 p.
16. Gantayat, A. N. Finite Element Analysis of Thin and Thic Walled Tubular Joints / A. N. Gantayat, G. H. Powell // Nucl. Eng. Des. — 1978. — P. 381—394.
17. Love, A. E. H. A. Treatise on the Mathematocal Theory of Elasticity / A. E. H. A. Love. — V. II. Cambridge, 1893. — 327 p.
18. Mair, R. J. Ground Movements Around Shallow Tunnels in Soft Clay / R. J. Mair, M. J. Gunn, M. P. O’Reilly // Proc. 10th ICSMFE. — Rotterdam: Balkema, 1981. — Vol. l. — 245 p.
19. O'Reilly, M. P. Settlement Above Tunnels in the United Kingdom — Their Magnitude and Prediction / M. P. O'Reilly, B. New // Proc. Int. Symposium Tunnelling—82. — London: Institution of Mining and Metallurgy, 1982. — P. 173—181.
20. Peck, R. B. Deep Excavations and Tunnelling in Soft Ground / R. B. Peck // Proc. 7th ICSMFE. Mexico. — 1969. — P. 146—151.
21. Zienkiewicz, O. C. The Finite Element Method. Vol. 2: Solid Mechanics / O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor. — 5th edition. — Butterworth-Heinemann, 2000. — 479 p.



 
Об издателе · Диссоветы при ВГТУ · Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS