| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Повышение уровня связанности территории Российской Федерации путем создания интеллектуальных транспортных, энергетических и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики |
| 16. |
Аннотация |
1. Актуальность конкурсного проекта. Лед и композиционные материалы на его основе применяют в качестве конструкционного материала для сооружения инфраструктуры в Арктическом регионе и в районах с холодным климатом: зимников, взлетно-посадочных полос, грузонесущих платформ и др. Не менее важно исследование поведения льда на ледовых переправах, особенно для районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. По данным Министерства чрезвычайных ситуаций, ежегодно в нашей стране, в том числе в ЕАО к эксплуатации допускается более тысячи ледовых переправ и зимников. Как отмечает МЧС, открытие подобного сооружения крайне сильно связано с климатическими особенностями регионов России. Сильная зависимость льда от погодных условий, а также трудность прогнозирования его поведения, вызывает необходимость его усиления. Поведение усиленного льда можно изучать на основе экспериментального и численного моделирования, в том числе с применением современных программных комплексов требующих мощных вычислительных возможностей. Это позволит изучать сложные природно-техногенные процессы (например, движение автомобиля, посадка или взлет самолета с ледяной поверхности), выделить основные закономерности и особенности при последующей идеализации изучаемого явления, предотвратить опасность разрушения льда и гибель людей.
2. Постановка проблемы, целей, задач. Очевидно, что адекватность численной модели поведения усиленного льда, необходимо проверять данными экспериментальных исследований. Однако для проведения модельного или полунатурного эксперимента требуются погодные условия, приближенные к реальным. Прогрессивные вычислительные методы, реализованные в современном программном обеспечении, помогают находить эффективные численные решения, обеспечивая моделирование внешних условий в широком диапазоне. При этом прогнозирование поведения такого материла как лёд – задача нетривиальная. Лед является материалом с крайне сложной и разнообразной структурой, физико-механические свойства, которой зависят от конкретных условий его формирование. Несмотря на то, что в литературе уделено большое внимание его экспериментальному исследованию [1–4], для дальнейшего развития работ необходимо осуществлять моделирование льда, дающее возможность объяснять и предсказывать поведение конструкций, в том числе композитных, в различных условиях эксплуатации. Современные численные модели пока в полной мере не могут учитывать анизотропию льда, изменяемость его свойств по времени, солёность и температурные условия. Также важные проблемы – разномасштабность моделей и их адаптация только под решение конкретных задач. В настоящее время отсутствует и стандартизированная методика моделирования льда и композитов на его основе. Часто для расчётов адаптируют модели разрушения структурно-неоднородных материалов по характеру деформирования и разрушения близких ко льду: Willam-Warnke, Drucker-Prager, Menetrey-Willam. В связи с этим целью исследования является разработка и апробация численной модели, позволяющей удовлетворительно описывать поведения льда при его усилении стержневыми элементами. Ранее проведенные авторами исследования показали крайнюю перспективность использования этого подхода при проектировании и продлении срока эксплуатации ледовых переправ по сравнению с традиционными методами повышения их несущей способности, что может иметь впоследствии большой экономический эффект. Для достижения цели необходимо решить ряд задач: 1. Осуществить сборку численной модели в программном комплексе Ansys для расчета напряженно-деформированного состояния ледяного покрова усиленного продольными стержневыми элементами. 2. Провести численные эксперименты, оценить работоспособность предложенной теоретической модели путем сопоставления результатов, с данными ранее проведенных авторами полунатурных экспериментов по разрушению армированных ледяных образцов. 3. Сделать выводы о целесообразности использования различных армирующих материалов с учетом условий эксплуатации ледовых сооружений, в том числе в ЕАО. |