Обучение "Расчёт защитных ограждающих конструкций на воздействие БПЛА в ЛИРА-САПР: динамический и нелинейный анализ"

1. Общая характеристика курса

Курс посвящён методике расчёта защитных ограждающих конструкций, воспринимающих локальные кратковременные динамические воздействия, на примере воздействия беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Основная задача курса — научить специалиста не только пользоваться отдельными инструментами ЛИРА-САПР, но и самостоятельно выстраивать корректную расчётную постановку.

Методическая схема курса:

Сценарий воздействия → физическая модель → расчётное воздействие → расчётная схема → МКЭ-модель → статический расчёт → модальный анализ → динамика во времени → нелинейность → оценка повреждения → инженерный вывод.

Характеристики воздействия, нормативные значения и критерии повреждения должны определяться исходными данными конкретного проекта и принятой нормативной/методической базой. ЛИРА-САПР рассматривается как инструмент численного решения сформированной инженерной задачи.

2. Цель курса

Формирование у специалистов системного подхода к постановке и решению задач расчёта защитных ограждающих конструкций на локальные экстремальные и динамические воздействия с использованием возможностей ЛИРА-САПР.

·         моделирование защитных конструкций;

·         задание кратковременных динамических воздействий;

·         оценка динамического отклика;

·         применение физической, геометрической и конструктивной нелинейности;

·         анализ локальных повреждений;

·         оценка остаточного состояния конструкции.

3. Задачи курса

1.       Сформировать расчётный сценарий воздействия БПЛА.

2.       Определить необходимые исходные параметры.

3.       Преобразовать физический сценарий в расчётное воздействие.

4.       Выбрать рациональную расчётную схему.

5.       Сформировать МКЭ-модель в ЛИРА-САПР.

6.       Проверить корректность статической модели.

7.       Выполнить модальный анализ.

8.       Сформировать временную функцию динамического воздействия.

9.       Выполнить расчёт в модуле «Динамика во времени».

10.   Проанализировать результаты во временной области.

11.   Определить необходимость нелинейного анализа.

12.   Использовать физическую, геометрическую и конструктивную нелинейность.

13.   Проанализировать повреждение и остаточное состояние.

14.   Проверить чувствительность результата к параметрам модели.

15.   Сформировать инженерное заключение.

4. Целевая аудитория

·         инженеры-конструкторы;

·         инженеры-расчётчики;

·         специалисты по обследованию и усилению строительных конструкций;

·         проектировщики защитных сооружений и ограждающих конструкций;

5. Требования к слушателям

Необходимы базовые знания сопротивления материалов, строительной механики, метода конечных элементов и основ расчёта строительных конструкций.

Желательно знание принципов расчёта металлических и/или железобетонных конструкций.

Курс не является базовым курсом по ЛИРА-САПР. Предполагается уверенное владение созданием расчётной схемы, назначением материалов и жёсткостей, заданием нагрузок, формированием сочетаний и анализом результатов.

6. Планируемые результаты обучения

После окончания курса слушатель сможет самостоятельно пройти полный цикл:

исходные данные → расчётная модель → динамическое воздействие → расчёт → анализ → проверка → инженерный вывод.

Слушатель знает

·         особенности кратковременного динамического воздействия;

·         основные параметры ударного взаимодействия;

·         особенности моделирования защитных конструкций;

·         принципы формирования временной функции;

·         особенности динамического расчёта в ЛИРА-САПР;

·         виды нелинейности;

·         ограничения МКЭ-модели;

·         критерии оценки достоверности результата.

Слушатель умеет

·         строить расчётную модель;

·         выполнять модальный анализ;

·         задавать динамическое воздействие;

·         выполнять расчёт во времени;

·         анализировать временные диаграммы;

·         выполнять нелинейный расчёт;

·         определять критические элементы;

·         оценивать максимальное и остаточное состояние.

7. Тематический план курса

8. Занятие 1. Физическая постановка задачи и расчётная модель

Продолжительность: 4 академических часа.

1.1. Защитные ограждающие конструкции и сценарии воздействия

·         назначение защитных конструкций;

·         защитные экраны, сетчатые и рамные системы;

·         комбинированные и навесные конструкции;

·         защита фасадов и отдельных элементов здания;

·         непосредственное воздействие, задержание, локальное повреждение, прохождение объекта через защитный элемент, передача воздействия на несущую систему.

1.2. Механика кратковременного воздействия

·         масса, скорость, кинетическая энергия, импульс, время контакта;

·         средняя и максимальная сила, площадь воздействия;

·         переход от характеристик объекта к функции воздействия.

1.3. Формирование расчётной нагрузки

·         эквивалентная статическая сила;

·         кратковременная динамическая нагрузка;

·         импульсная нагрузка;

·         временная функция F(t);

·         прямоугольный, треугольный, трапецеидальный и произвольный импульс;

·         влияние формы импульса на отклик.

1.4. Формирование МКЭ-модели в ЛИРА-САПР

·         стержневые, пластинчатые и оболочечные КЭ;

·         комбинированные модели;

·         моделирование креплений;

·         жёсткие вставки, податливые и односторонние связи;

·         локальное сгущение сетки.

1.5. Контроль исходной модели

·         проверка геометрии, жёсткостей, масс и связей;

·         статический расчёт;

·         анализ реакций и перемещений;

·         контроль равновесия;

·         разбор типичных ошибок.

9. Занятие 2. Динамический расчёт во времени в ЛИРА-САПР

Продолжительность: 4 академических часа.

2.1. Модальный анализ

·         собственные частоты и формы;

·         периоды и модальные массы;

·         сопоставление продолжительности воздействия с собственными периодами.

2.2. Подготовка задачи «Динамика во времени»

·         создание динамического загружения;

·         временная функция;

·         параметры интегрирования;

·         шаг по времени и продолжительность процесса;

·         демпфирование;

·         начальное напряжённо-деформированное состояние.

2.3. Линейный динамический расчёт

·         выполнение расчёта примера;

·         анализ перемещений, скоростей, ускорений, реакций, усилий и напряжений;

·         временные диаграммы.

2.4. Анализ динамического отклика

·         максимальные перемещения, усилия и ускорения;

·         момент достижения экстремума;

·         критические элементы;

·         характер колебаний после воздействия.

2.5. Сравнение статической и динамической постановок

·         сопоставление результатов статики и динамики;

·         условия, при которых динамический расчёт необходим;

·         инженерная интерпретация различий.

10. Занятие 3. Нелинейная динамика и оценка повреждения

Продолжительность: 4 академических часа.

3.1. Переход от линейной к нелинейной модели

·         пластические деформации;

·         разрушение;

·         потеря устойчивости;

·         большие перемещения;

·         изменение жёсткости;

·         выключение элементов.

3.2. Виды нелинейности в ЛИРА-САПР

·         физическая нелинейность и нелинейная диаграмма материала;

·         геометрическая нелинейность и большие перемещения;

·         конструктивная нелинейность: односторонние связи, выключение элементов, контакт, изменение расчётной схемы.

3.3. Нелинейная «Динамика во времени»

·         статическое состояние;

·         формирование начального НДС;

·         запуск динамического процесса;

·         нелинейная работа;

·         максимальное и остаточное состояние;

·         шаг интегрирования, критерии сходимости, итерационный процесс, численная устойчивость и демпфирование.

3.4. Оценка повреждения

·         максимальные перемещения, усилия, напряжения и деформации;

·         остаточные перемещения и деформации;

·         потеря элементов;

·         изменение жёсткости;

·         перераспределение усилий;

·         оценка способности конструкции выполнять свою функцию после воздействия.

3.5. Проверка расчётной модели

·         контроль геометрии и жёсткости;

·         проверка массы;

·         проверка сетки;

·         проверка шага времени;

·         обоснованность нелинейности;

·         соответствие поведения конструкции физическому смыслу.

3.6. Итоговый инженерный алгоритм

·         сценарий воздействия → исходные характеристики → расчётная функция → расчётная схема → МКЭ-модель → статика → модальный анализ → динамика во времени → нелинейность → повреждение → остаточное состояние → инженерный вывод.

11. Самостоятельная работа

После занятия 1: сформировать расчётную схему, перечень исходных данных, сценарии воздействия, временную функцию и обоснование выбора МКЭ-модели.

После занятия 2: выполнить статический расчёт, модальный анализ и линейный динамический расчёт; определить критические элементы.

После занятия 3: выполнить нелинейный расчёт, определить максимальное и остаточное состояние, оценить повреждение и сформулировать инженерное заключение.

12. Итоговая структура курса

13. Примечание по нормативной базе

Конкретные характеристики БПЛА, расчётные скорости, массы, параметры импульса, длительность воздействия, коэффициенты сочетаний и критерии предельных состояний не должны задаваться в настоящей методической программе как универсальные значения. Они определяются техническим заданием, принятыми нормативными документами, методиками и исходными данными конкретного проекта.

В учебных целях допускается использовать условные или специально заданные преподавателем исходные данные, при этом необходимо явно отделять учебную постановку от нормативного расчёта реального объекта.

14. Краткий паспорт курса