Принципи побудови числових моделей для дослідження впливу імпульсних навантажень на заглиблені споруди

Анотація

Анотація. Сьогодення в Україні зумовило нові проблемні задачі геотехніки розв’язок яких направлений на захист об’єктів критичної інфраструктури від дії вибухових ударних хвиль. Для захисту об’єктів критичної інфраструктури будують захисні споруди, які заглиблюють в ґрунтове середовище. Необхідною умовою забезпечення їх надійної експлуатації є оцінка напружено-деформованого стану системи «ґрунтове середовище-захисна споруда». Важливим є вибір адекватної феноменологічної моделі поведінки матеріалів захисної споруди та ґрунтового середовища, що описують роботу матеріалів при дії імпульсних впливів. У роботі проаналізовано чотири методи побудови числових моделей для розрахунків впливу імпульсних навантажень, це методи:

1. Сітка Лагранжа.


2. Сітка Ейлера.


3. Довільний Лагранжа-Ейлера / Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE).


4. Гідродинаміка плавних частинок* / Smooth Particle Hydrodynamics (SPH).

* - авторський переклад з метою адаптації назви методу українською мовою.

Кожен з методів має свої переваги та недоліки. Сітка Лагранжа дозволяє легко відстежувати межу між матеріалами різних конструкцій, як до початку розрахунку так і після та не вимагає багато часу на обчислення, проте вона не є практичною у випадках значних деформацій моделі із швидкими змінами у часі.

Методи Ейлера та довільний Лагранжа-Ейлера дозволяють моделювати задачі в яких відбувається велике спотворення моделі, наприклад підземний або підводний вибух, а їх недоліком є розмір розрахункової області, значна трудомісткість при налаштування моделі.

Гідродинаміка плавних частинок це безсітковий метод Лагранжа. Його перевагою також є можливість працювати з великими деформаціями моделі, а недоліком трудомісткість та час.

Всі ці методи побудови числової моделі доступні в програмному комплексі LS-Dyna. Аналізуючи розрахунки, що були зроблені в LS-Dyna встановлено, що сіткою Лагранжа доцільно користуватися створюючи модель конструкції з залізобетону або сталі, оскільки їх жорсткість є високою. Для ґрунту доцільно застосовувати методи Ейлера та ALE, оскільки вони дозволяють сильно змінювати свою геометрію моделі під дією вибуху. Різні методи комбінуються між собою для досягнення адекватної роботи моделі та отримання коректних результатів, які будуть максимально відповідати реальній поведінці конструкцій, споруд та матеріалів під дією імпульсних навантажень.