Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Расчет нестационарных колебаний мачты с антенной в потоке воздуха

Диссертация: Расчет нестационарных колебаний мачты с антенной в потоке воздуха
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Увеличение точности расчетов требует как применения новых численных математических методов, так и уточнения математических моделей, отражающих физические особенности работы мачты с антенным или другим оборудованием в реальных условиях. Решению этих проблем в современных условиях способствует развитие и распространение быстродействующей вычислительной техники. Поэтому разработка новых… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Обзор литературы и формулировка основных задач диссертации
    • 1. 1. Анализ научной литературы, посвященной расчетам мачтовых и башенных сооружений
    • 1. 2. Объект, основные задачи и цели исследования
  • 2. Статическая устойчивость мачты с оттяжками
    • 2. 1. Линеаризованные уравнения равновесия мачты после потери устойчивости
    • 2. 2. Численное определение критических нагрузок
    • 2. 3. Анализ результатов расчета мачты на статическую устойчивость
  • 3. Определение напряженно-деформированного состояния мачты при статическом нагружении
    • 3. 1. Нелинейные уравнения равновесия прямолинейных стержней с локальными упругими связями
    • 3. 2. Определение статических сил и моментов, действующих на стержень со стороны антенного блока
    • 3. 3. Распределенная статическая нагрузка от сил тяжести и стационарного потока воздуха
    • 3. 4. Силы, действующие на мачту со стороны оттяжек
    • 3. 5. Численное решение нелинейных уравнений равновесия методом дискретного продолжения по параметру
  • Определение статического напряженно-деформированного состояния из линейных уравнениях равновесия. 53 Анализ напряженно-деформированного состояния мачты
  • 4. Вынужденные и свободные колебания мачты с антен
    • 4. 1. Линеаризованные уравнения малых вынужденных колебаний стержня
    • 4. 2. Определение сосредоточенных и распределенных сил и моментов, действующих на мачту и антенну при колебаниях
    • 4. 3. Уравнения малых колебаний мачты с антенной
    • 4. 4. Определение собственных значений и собственных векторов
    • 4. 5. Общий метод приближенного решения системы линейных неоднородных уравнений малых колебаний в частных производных
    • 4. 6. Результаты расчета собственных значений и собственных векторов
  • 5. Определение вероятностных характеристик напряженно-деформированного состояния мачты при нагружении случайными аэродинамическими силами
    • 5. 1. Вероятностные характеристики аэродинамических нагрузок
    • 5. 2. Нестационарные колебания при внезапном
  • приложении аэродинамической нагрузки
    • 5. 3. Стационарные колебания при стационарных аэродинамических силах
    • 5. 4. Определение вероятностных характеристик угла отклонения луча антенны при нестационарных колебаниях, вызванных случайным импульсным нагружением аэродинамическими силами
    • 5. 5. Анализ результатов расчета нестационарных колебаний мачты с антенной в потоке воздуха

Расчет нестационарных колебаний мачты с антенной в потоке воздуха (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Диссертация посвящена одному из научных направлений в механике стержней — механике упругих стержней, взаимодействующих с потоком воздуха или жидкости.

Статическое и динамическое взаимодействие конструкций в целом и их элементов с детерминированным и случайным потоками воздуха или жидкости весьма типично для техники и вызывает значительные трудности при решении прикладных задач, так как обычно эти задачи являются неконсервативными.

Анализ взаимодействия упругих элементов конструкций с потоком воздуха или жидкости требует, при точной постановке, совместного рассмотрения уравнений теории упругости (или в частных случаях — теории стержней, пластин, оболочек) и аэрогидромеханики. Это необходимо для определения сил, действующих на элементы конструкций со стороны потока и зависящих от деформации упругих элементов. Теоретически вывести аналитические выражения для этих сил очень сложно, однако для широкого класса частных задач можно получить аналитические выражения для аэродинамических сил с использованием результатов экспериментальных исследований, что позволяет оценить статическое и динамическое напряженные состояния, вызванные детерминированным, стационарным или нестационарным потоком воздуха или жидкости. К этим частным задачам можно отнести и задачи статики и динамики высотных сооружений, например мачтовых и башенных конструкций.

К настоящему времени учеными достигнут высокий уровень теории и расчета мачтовых систем, дальнейшее развитие которых связано с новыми требованиями к повышению точности расчетов и оценке надежности функционирования конструкций. Это весьма актуально для мачтовых систем, работающих в экстремальных условиях, когда воздействие внезапно приложенной или импульсной детерминированной и случайной аэродинамических нагрузок приводит к нестационарным колебаниям мачт.

Увеличение точности расчетов требует как применения новых численных математических методов, так и уточнения математических моделей, отражающих физические особенности работы мачты с антенным или другим оборудованием в реальных условиях. Решению этих проблем в современных условиях способствует развитие и распространение быстродействующей вычислительной техники. Поэтому разработка новых математических моделей и высокоточных численных методов исследования нестационарных колебаний антенно-мачтовых систем является актуальной проблемой.

Основные выводы.

1. Разработана методика расчета мачты с антенной, находящейся в потоке воздуха, имеющего как детерминированные, так и случайные характеристики.

2. Изложен алгоритм расчета на статическую устойчивость мачтовой опоры с целью определения предельного веса устанавливаемого антенного оборудования.

3. Разработан алгоритм, обеспечивающий высокую точность численного решения линейных и нелинейных уравнений равновесия мачты с антенной, нагруженной аэродинамическими силами, для наболев общего случая, когда осевая линия мачты из-за несимметричного нагружения становится пространственной кривой.

4. Разработан метод определения собственных значений и собственных векторов для общего случая пространственных колебаний мачты, позволяющий учитывать инерционные свойства антенного оборудования. Собственные вектора используются для получения приближенного решения при нестационарных вынужденных колебаниях мачты с антенной.

Б. Исследованы стационарные колебания мачты с антенной при стационарных аэродинамических нагрузках с определением вероятностных характеристик вектора состояния системы. б. Разработан метод расчета нестационарных случайных колебаний мачты с антенной, позволяющий определить вероятностные характеристики напряженно-деформированного состояния мачты и угла отклонения фокальной оси направленного антенного устройства при действии:

— внезапно приложенной случайной аэродинамической нагрузки;

— случайной по модулю и направлению импульсной нагрузки.

7. На основе теоретических результатов, численных методов и алгоритмов выполнены расчеты трех конструкций мачт, подверженных аэродинамическому воздействию.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Г., Тронь А. П., Копенкин Ю. Н., Коровина И. А. Справочник по вероятностным расчетам. — М.: Воениздат, 1970. — 536 с.
  2. Ал футов Н. А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. — М.: Машиностроение, 1991. — 334 с.
  3. А. А., Дубинский Ю. А., Копченова Н. В. Вычислительные методы для инженеров. — М.: Высш. школа, 1994. — 544 с.
  4. Г., Баратта А., Кашиати Ф. Вероятностные методы в строительном проектировании. — М.: Стройиздат, 1988. — 584 с.
  5. А. Г., Лукьянова В. И., Светлицкий В. А. Нелинейные колебания абсолютно гибких стержней и шлангов при импульсном нагружении потоком жидкости или воздуха / / Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. — 1991. — № 1. — С. 10−21.
  6. М. Ф. Ветровая нагрузка на здания и сооружения // Строительная механика и расчет сооружений. — 1974. — № 4. — С. 43−48.
  7. М. Ф. Некоторые вопросы динамического расчета высоких сооружений на действие ветра / Труды конференции по аэродинамике и аэроупругости высоких строительных сооружений. — М.: ЦАГИ, 1974. — С. 39−55.
  8. М. Ф., Бернштейн А. С. Динамика мачт на вантах при действии ветра / Динамика сооружений: Труды ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — Вып. 56. — 1971. — С. 63−77.
  9. А. С. Колебания вант, подкрепляющих мачты, под действием случайных сил / Исследования по динамике сооружений: Труды ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — Вып. 17. — 1971. — С. 63−77.
  10. А. С. Колебания мачты на вантах под действием ветра / Динамика сооружений: Сб. статей под ред. проф. Б. Г. Коренева. — М.: Стройиздат, 1970. — С. 151−170.
  11. А. С. О динамическом расчете мачт на действие ветра // Строительная механика и расчет сооружений. — 1973. — № 2. — С. 11−17.
  12. А. С., Обыдов В. П., Ройтштейн М. М. Расчет телевизионных башен на динамическое действие ветра / Исследования по динамике сооружений: Труды ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. — 1987. — С. 31−40.
  13. А. С., Остроумов Б. В., Ротштейн М. М. Мачты и антенно-мачтовые сооружения / Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций: Справочник проектировщика. — М.: Стройиздат, 1986. — С. 359−376.
  14. В. Л. Теория механических колебаний. — М.: Высш. школа, 1980. — 408 с.
  15. И. А. Стержни, пластины, оболочки. -— М.: Физматлит, 1992. — 392 с.
  16. В. В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. — М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.
  17. В. В. О колебаниях элементов конструкций в вихревом потоке // Строительная механика и расчет сооружений. — 1984. — № 3 — С. 28−31.
  18. В. В. Случайные колебания упругих систем. — М.: Наука, 1979. — 336 с.
  19. Г. Б. Строительство мачтовых и башенных сооружений. — М.: Стройиздат, 1984. — 256 с.
  20. И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 544 с.
  21. Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — 366 с.
  22. А. А. Шпренгельные радиомачты. — М.: Радио и связь, 1981. — 176 с.
  23. Вычислительные методы оптимизации и дифференциальные уравнения / Под ред. А. П. Крищенко. — М.: Изд-во МВТУ, 1989. — 76 с.
  24. Ф. Р. Теория матриц. — М.: Наука, 1988. — 552 с.
  25. П., Давенпорт А. Г. Упрощенный метод динамического расчета мачт на оттяжках / Междун. конгр. ИАСС'85. Засед. гр. ИАСС: Башни и мачты. — Т. 5. — М.: 1985. — С. 578−597.
  26. В. Ф. Прочность, вибрация и надежность конструкций летательного аппарата. — М.: Наука, 1975. — 456 с.
  27. И. Ю., Казакевич М. И. Аэродинамика плохообтека-емых тел. — Днепропетровск: ДГУ, 1983. — 116 с.
  28. Э. И., Шалашилин В. И. Проблемы нелинейного деформирования: Метод продолжения решения по параметру в нелинейных задачах механики твердого деформируемого тела. — М.: Наука, 1988. — 232 с.
  29. М. С., Лукьянов В. Н. Определение частот и форм колебаний абсолютно гибкого стержня, нагруженного аэродинамическими силами / Расчеты на прочность. — М.: Машиностроение, 1983. — Вып. 23. — С. 222−226.
  30. А. С., Светлицкий В. А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. — М.: Машиностроение, 1984. — 240 с.
  31. А. В., Шапошников Н. Н. Строительная механика. — М.: Высш. школа, 1986. — 607 с.
  32. С. И. Аэрогидромеханика плохообтекаемых конструкций: Справочник. — Л.: Судостроение, 1983. — 320 с.
  33. С. И. Гидроупругость конструкций при отрывном обтекании. — Л.: Судостроение, 1975. — 192 с.
  34. Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. — М.: Наука, 1991. — 384 с.
  35. А. Я. Устойчивость мачт на оттяжках. — М.: Стройиз-дат, 1964. — 112 с.
  36. М. В. Строительная климатология. — Л.: Гидроме-теоиздат, 1976. — 312 с.
  37. . Б. Моделирование случайного направления ветровой нагрузки методом Монте-Карло при вероятностном расчете мачты на оттяжках // Деп. во ВНИИС 20.10.87, № 8329.
  38. В. А. Строительная механика: Общий курс. — М.: Стройиздат, 1986. — 520 с.
  39. С. Б. Устойчивость и состояния равновесия нелинейно деформируемых многоступенчатых мачт при действии собственного веса и ветрового давления / Методы расчета строительных конструкций на прочность и устойчивость: Труды ЦНИИСК им.
  40. B. А. Кучеренко. — 1989. — С. 30−38.
  41. В. И., Светлицкий В. А. Нелинейные задачи абсолютно гибких стержней / Расчеты на прочность. — М.: Машиностроение, 1985. — Вып. 26. — С. 196−204.
  42. В. И., Светлицкий В. А. Статика абсолютно гибких стержней с плохообтекаемым профилем в потоке / Расчеты на прочность. — М.: Машиностроение, 1989. — Вып. 25. — С. 252 259.
  43. Мак-Кракен Д., Дорн. У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНЕ. — М.: Мир, 1977. — 584 с.
  44. Н. М., Микитаренко М. А., Перельмутер А. В. Статический и динамический расчет мачт на ЭВМ / / Сопротивление материалов и расчет сооружений (Киев). — 1986. — № 48. —1. C. 79−82.
  45. Н. П. Металлические конструкции: Современное состояние и перспективы развития. — М.: Стройиздат, 1983. — 543 с.
  46. Н. А., Ульянов С. В. Статистическая динамика машиностроительных конструкций. — М.: Машиностроение, 1977. — 368 с.
  47. Я. Г., Губанова И. И. Устойчивость и колебания упругих систем. — М.: Наука, 1987. — 352 с.
  48. А. А. Учет влияния масштабов турбулентности при определении реакции сооружения на пульсационное воздействие ветра / / Строительная механика и расчет сооружений. — 1991. — № 3. — С. 71−77.
  49. Н. А., Манапов А. 3., Шмелев Г. Н., Захаров А. В., Шакирзянов Р. А. Экспериментальные исследования металлических конструкций радиотрансляционной мачты высотой 182,5 м // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1990. — № 8. — С. 8−11.
  50. Н. А. Определение составляющих ветровой нагрузки и скорости ветра на основе теории подобия и размерности / Динамика строительных конструкций. — М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, 1985 — С. 56−64.
  51. В. С. Введение в теорию вероятностей. — М.: Наука, 1968. — 368 с.
  52. В. Д., Кириллов Б. Б. Метод статистических испытаний в расчете антенно-мачтовых сооружений на устойчивость // Строительная механика и расчет сооружений. — 1989. — № 6. -— С. 32−35.
  53. Рекомендации по расчету мачт с оттяжками на сейсмические и ветровые воздействия / ЦНИИ проектстальконструкция. — М.: 1973. — 40 с.
  54. Рекомендации по расчету протяженных высотных металлических конструкций на сейсмические и динамические ветровые воздействия / ЦНИИ проектстальконструкция. — М.: 1988. — 60 с.
  55. Э. И. Архитектурно-строительная аэродинамика. — М.: Стройиздат, 1984. — 294 с.
  56. А. Р. Статика и динамика пологой упругой нити / Висячие покрытия: Сборник трудов Совещания по исследованию и внедрению висячих покрытий. — М.: Госстройиздат, 1962. — С. 60−75.
  57. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра / Центр, науч.-исслед. институт строительных конструкций им. В. А. Кучеренко. — М.: Стройиздат, 1978. — 224 с.
  58. Г. А. Ветровая нагрузка на сооружения. — М.: Стройиздат, 1972. — 111 с.
  59. Г. А. Расчет антенных сооружений. — М.: Связь, 1978. — 152 с.
  60. В. А. Механика гибких стержней и нитей. — М.: Машиностроение, 1978. — 222 с.
  61. В. А. Механика стержней: Ч. 1. Статика. — М.: Высш. школа, 1987. — 320 с.
  62. В. А. Механика стержней: Ч. II. Динамика. — М.: Высш. школа, 1987. — 304 с.
  63. В. А. Механика трубопроводов и шлангов: Задачи взаимодействия стержней с потоком жидкости или воздуха. — М.: Машиностроение, 1982. — 280 с.
  64. В. А. Случайные колебания механических систем. — М.: Машиностроение, 1991. — 318 с.
  65. В. А., Нарайкин О. С. Упругие элементы машин. — М.: Машиностроение, 1989. — 264 с.
  66. В. А., Яресько С. В. Численное решение нелинейных уравнений равновесия абсолютно гибких шлангов в потоке воздуха или жидкости // Известия РАН. Механика твердого тела. — 1994. — № 2. — С. 159−170.
  67. Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. — М.: Стройиздат, 1984. — 360 с.
  68. СНиП 2.01.07−85. Нагрузка и воздействия / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. — 36 с.
  69. А. Г. Металлические конструкции антенных устройств. — М.: Стройиздат, 1971. — 240 с.
  70. Л. И. Основы численных методов. — М.: Наука, 1987. — 320 с.
  71. В. В. Программирование на персональных ЭВМ в среде Турбо-Паскаль. — М.: Изд-во МГТУ, 1990. — 580 с.
  72. В. И. Сопротивление материалов. — М.: Наука, 1986. — 512 с.
  73. Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. — М.: Мир, 1980. — 280 с.
  74. А. И., Бернштейн А. С., Гусева Н. И., Попов Н. А. Новая редакция раздела &bdquo-Ветровые нагрузки" главы СНиП &bdquo-Нагрузки и воздействия" // Строительная механика и расчет сооружений. — 1987. — № 6. — С. 28−33.
  75. В. А. Свободные колебания сооружений на растяжках / Сейсмостойкость промышленных зданий и сооружений: Труды ЦНИИСК. — Вып. 18. — М.: Гос. изд-во литер, по стр-ву, архит. и стр. материалам, 1962. — С. 91−123.
  76. Экспериментально-теоретические исследования антенных сооружений и глубоководных оснований / Сб. науч. трудов. — М.: ЦНИИ проектстальконструкция, 1988. — 174 с.
  77. С. В. Аэродинамические силы, действующие на стержневые элементы конструкций // Известия вузов. Машиностроение. — 1988. — № 1. — С. 33−37.
  78. Augusti G., Borri С., Gusella V. Simulation of wind loading and response of geometrically non-linear structures with particular reference to large antennas // Struct. Safety. — 1990. — V. 8. — No 1−4. — P.p. 161−179.
  79. Buchholdt H. A., Moossavinejad S., Iannuzzi A. Non-linear dynamic analysis of guyed masts subjected to wind and guy ruptures // Proc. Inst. Civ. Eng. — 1986. — V. 81. — Sept. — P.p. 353−395.
  80. Chaiges A., Wen-Sen Chen. Stability of guyed towers // American Societi of Civil Engineers. Proceeding. Journal of Strutural Division. — 1979. — V. 105. — No 1. —P.p. 163−174.
  81. Davenport A. G. The generalization and simplification of wind loads and implications for computational methods // Nihon kaze kogakkaishi. = J. Wind Eng. — 1992. — No 52. — P.p. 78−83.
  82. Ficsher O., Naprstek U. Dinamicke chovani kotvenych stozaru // Inzenyrske stavby. — 1977. — V. 25. — N 2. — S. 78−80.
  83. Franke M. Verteilung der Zugkrafte an beliebig horizontal belasteten, unsymmetrischen Seilbunden fur die Abspannung lotrechter Maste // RFZ. Technische Mitteilung. — 1986. — V. 30. — N 1. — S. 18−21.
  84. Gerstof P. Simplified methods for dynamic analysis of a guyed mast // Ser. R. Afd barrende konstr. Dan. Tekn. H0jsk. — 1985. — No 196. — XVIII — 153 p.p. pp.
  85. Godbole P. N., Krishna Prem, Khandekar C. V. Static analyses of quyed masttower // Finite Elem. Comput. Mech.: FEICOM-85: Proc. Int. Conf., Bombay, 2−6 Dec., 1985. Vol. 1. Oxford e.a. — 1985. — P.p. 165−176.
  86. Hampe E., Abadel A. Querschwingungsverhalten winderregter, schlanker Bauwerke // Bauingenieur. — 1992. — V. 67. — N7−8. — S. 327−337.
  87. Kessel M.H. Zur seitlichen Stabilisierung des unterspannten Tragers // Bauingenieur. — 1988. — V. 63. — N 6 — S. 281−287.
  88. Kuchler B. Die Verformung des raumlichen Einzelseils mit festen Auflagern unter statisher Gleichlast mit spezieller Anwendung bei abgespannen Masten // RFZ. Technische Mitteilung. — 1980. — V. 24. — N 4. — S. 86−88.
  89. Kumar G. V. Surya, Raman N. V. Nonlinear dynammic analysis of guyed towers // Comput. Mech. 86: Theory and Appl. Proc. Int. Conf., Tokyo, May 25−29, 1986, Vol. 2. — Tokyo e.a. — 1986. — P.p. VI/lll-VI/118.
  90. Manssour M., Hoifer R. Berechnung von schwingungsanfalligen Stabwerken bei stochastischer Winderregung // Wiss. Ber. Techn. Hochsch., Leipzig. — 1991. — N 2. — S. 58.
  91. Marenholz O. Fluidelastische Schwingungen // ZAMM. — 1986. — V. 66. — 1986. — N 1. — S. 1−22.
  92. Petersen C. Abgespannte Maste und Schornsteine. Statik und Dynamik. — Berlin: Ernst, 1970. — 111 S.
  93. Scheer J., Peil U. Zum Ansatz von Vorspannung und Windlast bei angespannten Masten // Bauingenier. — 1985. — N 10. — S. 185 190.
  94. Tsukagshi H., Tamura Y., Sasaki A., Kanai H. Response analyses on along-wind and across-wind vibrations of tall buildigs in time domain // Nihon kaze kogakkaishi. = J. Wind Eng. — 1992. — No 52. — P.p. 78−83.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!