Концепция разрушения подземных сооружений на основе энергетико-фрактального подхода
Loading...
Date
2016
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
RUS: Цель. Для оценки энергии различных степеней разрушения подземных сооружений требуется разработать новый подход, который смог бы учесть постепенное протекание энергии при формировании напряженно-деформированного состояния системы «подземное сооружение – окружающий массив» и ее накопление. Методика. Для разработки новой концепции разрушения подземных сооружений наиболее плодотворным является энергетико-фрактальный подход, который заключает в себе оперирование удельной энергией и фрактальные представления о природе разрушения. Определение энергии опирается на классическое предложение Бельтрами об определении энергии деформирования, отнесенной к единице объема (удельная энергия деформирования). Результаты. Определено, что процесс разрушения подземных сооружений в рамках фрактальных представлений может быть теоретически представлен в виде перколяции по ветвям иерархического фрактального дерева Кейли. Выяснено, что перколяция является удобным концептуальным приемом для описания критических явлений, одним из которых является явление разрушения, подготавливаемое эволюцией структуры в процессе формирования напряженно-деформированного состояния и происходящее внезапно при превышении материалом предела прочности. Предложено дерево Кейли для многоуровневого разрушения железобетонной конструкции, определены его свойства. Для практических расчетов в рамках энергетико-фрактальный подхода проведен численный анализ трехсводчатой станции колонного типа. Проведен сравнительный анализ полученной удельной энергии разрушения со значениями, полученными в ходе энергетического постпроцессинга. Научная новизна. Применение энергетико-фрактального подхода к разрушению подземных сооружений является новой методологией анализа напряженно-деформированного состояния, в котором напряженное и деформированное состояние не разделяются, а связаны в удельной энергии деформирования. Практическая значимость.Теоретические построения теории разрушения подкрепляются практическими данными, что позволяет наметить новые концептуальные положения разрушения подземных сооружений.
UKR: Мета. Для оцінки енергії різних ступенів руйнування підземних споруд слід розробити новий підхід, який зміг би врахувати поступове протікання енергії при формуванні напружено-деформованого стану системи «підземна споруда – оточуючий масив» і її накопичення. Методика. Для розробки нової концепції руйнування підземних споруд плідним є енергетико-фрактальний підхід, який містить в собі оперування питомою енергією і фрактальні уявлення про природу руйнування. Визначення енергії спирається на класичну пропозицію Бельтрамі про визначення енергії деформування, віднесеної до одиниці об’єму (питома енергія деформування). Результати. Визначено, що процес руйнування підземних споруд в рамках фрактальних уявлень може бути теоретично представлений у вигляді перколяції по гілках ієрархічного фрактального дерева Кейлі. З’ясовано, що перколяція є зручним концептуальним прийомом для опису критичних явищ, одним з яких є явище руйнування, що підготоване еволюцією структури в процесі формування напружено-деформованого стану і те, що відбувається раптове при перевищенні матеріалом межі міцності. Запропоновано дерево Кейлі для багаторівневого руйнування залізобетонної конструкції, визначені його властивості. Для практичних розрахунків в рамках енергетико-фрактального підходу проведений чисельний аналіз трьохсклепінчастої станції колонного типу. Проведений порівняльний аналіз одержаної питомої енергії руйнування із значеннями, отриманими в ході енергетичного постпроцессінга. Наукова новизна. Застосування енергетико-фрактального підходу до руйнування підземних споруд є новою методологією аналізу напружено-деформованого стану, в якому напружений і деформований стан не розділяються, а зв’язані в питомій енергії деформування.Практична значимість. Теоретичні побудови теорії руйнування підкріплюються практичними даними, що дозволяє намітити нові концептуальні положення руйнування підземних споруд.
ENG: Purpose. For estimation of energy of different destruction degrees of underground constructions it is required to develop a new approach which was able to take into account the gradual flowline of energy at forming of the stress-strain state of the system «underground construction – soil massif» and its accumulation.Methodology. For development of a new conception of destruction of underground constructions energy and fractal approach which contains operation by specific energy and fractal pictures of destruction nature is most well. Determination of energy is expounded by the classic suggestion Beltrami about determination of energy of deformation, attributed to unit of volume (specific energy of deformation a.k.a strain energy). Findings. It is certain that the destruction process of underground constructions within the framework of fractal presentations can be in theory represented as percolation on the branches of the hierarchical fractal Cayley tree. It is found out that percolation is the comfortable conceptual reception for description of the critical phenomena, one of which is the phenomenon of destruction, prepared by evolution of structure in the process of forming of the stress-strain state and what is going on is sudden at exceeding by material of ultimate strength. Cayley tree for multilevel destruction of reinforced concrete construction is offered, his properties are certain. For practical calculations within the energy operation and fractal approach the numerical analysis of the three-wault station of column type is conducted. The comparative analysis of the got specific energy of destruction with the values got during energy post-processing is conducted. Originality. Application of energy and fractal approach to destruction of underground constructions is a new methodology of analysis of the stress-strain state, in which the stress and strain state is not divided, and deformations are linked in specific energy. Practical value. Theoretical constructions of theory of destruction refresh oneself by practical information, that allows setting new conceptual positions of underground constructions destruction.
UKR: Мета. Для оцінки енергії різних ступенів руйнування підземних споруд слід розробити новий підхід, який зміг би врахувати поступове протікання енергії при формуванні напружено-деформованого стану системи «підземна споруда – оточуючий масив» і її накопичення. Методика. Для розробки нової концепції руйнування підземних споруд плідним є енергетико-фрактальний підхід, який містить в собі оперування питомою енергією і фрактальні уявлення про природу руйнування. Визначення енергії спирається на класичну пропозицію Бельтрамі про визначення енергії деформування, віднесеної до одиниці об’єму (питома енергія деформування). Результати. Визначено, що процес руйнування підземних споруд в рамках фрактальних уявлень може бути теоретично представлений у вигляді перколяції по гілках ієрархічного фрактального дерева Кейлі. З’ясовано, що перколяція є зручним концептуальним прийомом для опису критичних явищ, одним з яких є явище руйнування, що підготоване еволюцією структури в процесі формування напружено-деформованого стану і те, що відбувається раптове при перевищенні матеріалом межі міцності. Запропоновано дерево Кейлі для багаторівневого руйнування залізобетонної конструкції, визначені його властивості. Для практичних розрахунків в рамках енергетико-фрактального підходу проведений чисельний аналіз трьохсклепінчастої станції колонного типу. Проведений порівняльний аналіз одержаної питомої енергії руйнування із значеннями, отриманими в ході енергетичного постпроцессінга. Наукова новизна. Застосування енергетико-фрактального підходу до руйнування підземних споруд є новою методологією аналізу напружено-деформованого стану, в якому напружений і деформований стан не розділяються, а зв’язані в питомій енергії деформування.Практична значимість. Теоретичні побудови теорії руйнування підкріплюються практичними даними, що дозволяє намітити нові концептуальні положення руйнування підземних споруд.
ENG: Purpose. For estimation of energy of different destruction degrees of underground constructions it is required to develop a new approach which was able to take into account the gradual flowline of energy at forming of the stress-strain state of the system «underground construction – soil massif» and its accumulation.Methodology. For development of a new conception of destruction of underground constructions energy and fractal approach which contains operation by specific energy and fractal pictures of destruction nature is most well. Determination of energy is expounded by the classic suggestion Beltrami about determination of energy of deformation, attributed to unit of volume (specific energy of deformation a.k.a strain energy). Findings. It is certain that the destruction process of underground constructions within the framework of fractal presentations can be in theory represented as percolation on the branches of the hierarchical fractal Cayley tree. It is found out that percolation is the comfortable conceptual reception for description of the critical phenomena, one of which is the phenomenon of destruction, prepared by evolution of structure in the process of forming of the stress-strain state and what is going on is sudden at exceeding by material of ultimate strength. Cayley tree for multilevel destruction of reinforced concrete construction is offered, his properties are certain. For practical calculations within the energy operation and fractal approach the numerical analysis of the three-wault station of column type is conducted. The comparative analysis of the got specific energy of destruction with the values got during energy post-processing is conducted. Originality. Application of energy and fractal approach to destruction of underground constructions is a new methodology of analysis of the stress-strain state, in which the stress and strain state is not divided, and deformations are linked in specific energy. Practical value. Theoretical constructions of theory of destruction refresh oneself by practical information, that allows setting new conceptual positions of underground constructions destruction.
Description
А. Тютькин: ORCID 0000-0003-4921-4758
Keywords
подземное сооружение, дерево Кейли, перколяция, энергетико-фрактальный подход, підземна споруда, дерево Кейлі, перколяція, енергетико-фрактальний підхід, underground constructions, Cayley tree, percolation, energy and fractal approach, КМТ
Citation
Тютькин А. Л. Концепция разрушения подземных сооружений на основе энергетико-фрактального подхода. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. 2016. № 9. С. 61–67. DOI: 10.15802/bttrp2016/103391.