ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Простейшим и наиболее дешевым методом, позволяющим производить железобетонные работы в зимнее время, является «метод термоса» (см. рис.). Этот метод заключается в использовании тепла, внесенного в бетон в момент его приготовления путем прогрева воды и заполнителей, а также предварительной электротермообработкой готовой бетонной смеси перед укладкой в опалубку.

Рис.

Известны методы расчета режимов зимнего бетонирования на основе решения прямой и обратной задач. Однако расчетные схемы с сосредоточенными параметрами не точно описывают исходные процессы. Предложенные ниже постановки прямой и обратной задач на основе уравнений математической физики предлагается осуществить с помощью специального программного обеспечения ЭВМ.

Прямая задача зимнего бетонирования - определить продолжительность остывания бетона и величину набранной им за это время прочности при заданной конструкции опалубки и известном термическом сопротивлении ее конструктивных элементов.

Основным моделирующим уравнением является уравнение теплопроводности для трехмерного тела.

Уравнение теплопроводности с двумя пространственными координатами лежит в основе моделирования теплопереноса балки-стенки.

При решении обратной задачи зимнего бетонирования необходимо подобрать конструкцию опалубки и ее утеплителя при заданных продолжительности остывания бетона и его прочности к моменту остывания.

Для решения уравнений в частных производных применяются методы конечных разностей и конечных элементов. В основе метода конечных разностей лежит конечно-разностная аппроксимация производных. Сначала в область решения вводят равномерную сетку «узловых точек», соответствующих характеру задачи и граничным условиям. Затем решаемое уравнение в частных производных записывают в наиболее удобной системе координат и приводят его к виду разностного уравнения. Полученное разностное уравнение используют в дальнейшем для описания функциональной связи между соседними узлами сетки. Разностное уравнение записывают для всех узлов сетки и получают в результате системуnуравнений сnнеизвестными. На втором этапе полученную системуnуравнений сnнеизвестными решают одним из численных методов. Метод конечных элементов (МКЭ) заключается в аппроксимации сплошной среды с бесконечным числом степеней свободы и связанных между собой в узловых точках. В МКЭ физическая задача заменяется кусочно-гладкой моделью. Математической основой МКЭ является вариационное исчисление. Дифференциальное уравнение, описывающее задачу, и соответствующие граничные условия используются для постановки вариационной задачи, которая затем решается непосредственно. С этой точки зрения МКЭ представляет неявное применение метода Ритца на отдельных участках. Данный метод позволяет инженеру использовать свое интуитивное понимание задачи, при этом представление граничных условий не вызывает затруднений.

Из сравнения методов конечных разностей и МКЭ следует, что для решения конкретной задачи теплопроводности целесообразнее применить стандартный вычислительный комплекс на основе метода конечных элементов типа ansys, nastran и т.п., позволяющий более точно определить продолжительность остывания бетона и его прочность в момент остывания и учитывающий все особенности процесса зимнего бетонирования, что способствует значительному повышению качества железобетонных работ в зимнее время.