ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Расчет сложных стержневых конструкций с учетом коррозионного износа весьма трудоемок из-за необходимости в процессе расчета проводить непрерывный анализ кинетики изменения жесткостных характеристик практически всех элементов, слагающих конструкцию. Применен метод конечных элементов к расчету сложных стержневых конструкций, подвергающихся коррозионному износу. При этом используются следующие допущения: внешние воздействия относятся к квазистатистическому типу; деформации малы, вследствие чего уравнения равновесия составляются для недеформированной схемы и на каждом шаге по времени решаются линейные задачи; расчетные элементы (стержни), соединяющие узлы системы, считаются идеально прямыми в ходе всего процесса деформирования; учет возможной потери устойчивости сжатых стержней производится путем занижения предельных напряжений для сжатых стержней. Выведена матрица жесткости стержня, подвергающегося коррозионному износу.

Разрешающее матричное уравнение метода конечных элементов для стержневой системы имеет вид:

[e1] {r} - [k(t)] {q}}=0 (1)

и представляет собой систему алгебраических уравнений относительно неизвестных компонентов вектора узловых перемещений {q}. Здесь {r} - вектор узловых нагрузок; [k(t)] - матрица жесткости всей системы в целом; [e] - диагональная матрица особого вида. Для расчета стержневых систем разработан специальный алгоритм и программа расчета стержневых строительных конструкций, позволяющая формировать матрицы и векторы основных матричных уравнений и получать результаты упругого расчета стержневых систем, элементы которых подвергаются коррозионному износу.

Рассматриваются два случая воздействия коррозионной среды на стержневую конструкцию. В первом случае стержневые элементы конструкции подвергаются коррозионному износу сразу же после контакта рассчитываемой конструкции с коррозионной средой, причем напряженное состояние оказывает интенсифицирующее воздействие на скорость коррозии. Для этого случая решен ряд модельных задач (плоская, пространственная стержневая система, пространственная плита (1). Кинетика коррозионного износа в них описывается с помощью модели:

dd/dt=vj(1+k ), (2)

в которой v=0,002 см/год; k=0,00249 МПа, шаг по времени принимался равным 0,25 года; j - коэффициент, учитывающий ориентацию конструктивного элемента в пространстве; - напряжение в рассматриваемом элементе конструкции от действующей нагрузки в момент времени t. Для плоской стержневой системы из 11 стержней результаты расчета напряжений в разные моменты времени при ведены в таблице.

Видно, что коррозионный износ приводит к значительному увеличению уронвя напряжений. Во втором случае считается, что сложная стержневая система защищена защитным полимерным покрытием, защитные свойства которого постепенно снижаются, и оно перестает выполнять свои защитные функции (2). Ввиду влияния напряженного состояния на кинетику снижения защитных свойств покрытий, инкубационный период для каждого стержневого элемента будет свой, и коррозионный износ различных стержней будет начинаться в разное время и протекать по разным законам.