Аналіз особливостей прикладної програми «Ліра» при розрахунках оправ тунелів неколового окреслення
Loading...
Date
2017
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. В статті досліджено вплив на напружено-деформований стан параметрів скінченно-елементної моделі, побудованої в програмному комплексі «Ліра», в чисельному аналізі тунелів неколового окреслення. Методика. Для досягнення поставленої мети, авторами в програмному комплексі «Ліра» були розроблені скінченно-елементні моделі калотної частини виробки при будівництві двоколійного залізничного тунелю. В кожній з моделей в програмному комплексі «Ліра» була конкретним способом дискретизована зона взаємодії із тимчасовим кріпленням. Після створення моделей, проводився їх чисельний аналіз із детальним дослідженням його результатів. Результати. В скінченно-елементних моделях отримані значення деформацій і напружень по горизонтальній і вертикальній осям, а також максимальні значення моментів і поздовжніх сил в тимчасовому кріпленні. Виконаний порівняльний аналіз компонент напруженого і деформованого станів при зміні параметрів скінченно-елементної моделі. Побудовані графіки закономірностей вказаних результатів від особливостей дискретизації двох моделей. Досліджено третю скінченно-елементну модель з радіальною розбивкою вузлів у зоні взаємодії тимчасового кріплення з оточуючим ґрунтовим масивом. Наукова новизна. Встановлено, що при чисельному аналізі НДС тунельної оправи неколового окреслення його результати суттєво залежать від форми, розмірів та конфігурації застосовуваних скінченних елементів, від розмірів розрахункової області ґрунтового масиву, а також від умов урахування дійсної (пружної чи пластичної) роботи ґрунтового масиву. Практична значимість. Визначено особливості дискретизації та необхідні розміри розрахункової області ґрунтового масиву при моделюванні системи «оправа – ґрунтовий масив», що забезпечують достатню точність розрахунку параметрів напружено-деформованого стану оправи.
RUS: Цель. В статье исследовано влияние на напряженно-деформированное состояние параметров конечно-элементной модели, построенной в программном комплексе «Лира», в численном анализе тоннелей некругового очертания. Методика. Для достижения поставленной цели, авторами в программном комплексе «Лира» были разработаны конечно-элементные модели калотной части выработки при строительстве двухпутного железнодорожного тоннеля. В каждой из моделей в программном комплексе «Лира» была конкретным способом дискретизирована зона взаимодействия с временным креплением. После создания моделей, проводился их численный анализ с детальным исследованием его результатов. Результаты. В конечно-элементных моделях получены значения деформаций и напряжений по горизонтальной и вертикальной осям, а также максимальные значения моментов и продольных сил во временном креплении. Проведен сравнительный анализ полученных значений компонент напряженного и деформированного состояний при изменении параметров конечно-элементной модели. Построены графики закономерностей указанных результатов от особенностей дискретизации двух моделей. Исследована третья конечно-элементная модель с радиальной разбивкой узлов в зоне взаимодействия временного крепления с окружающим грунтовым массивом. Научная новизна. Установлено, что при численном анализе НДС тоннельной обделки некругового очертания его результаты существенно зависят от формы, размеров и конфигурации применяемых конечных элементов, от размеров расчетной области грунтового массива, а также от условий учета действительной (упругой или пластической) работы грунтового массива. Практическая значимость. Определено особенности дискретизации и необходимые размеры расчетной области грунтового массива при моделировании системы «обделка – грунтовый массив», которые обеспечивают достаточную точность расчета параметров напряженно-деформированного состояния обделки.
ENG: Purpose. The article examines the effect on the stress-strain state of the parameters of the finite-element model created in the “Lira” software package in a numerical analysis of non-circular outlined tunnels. Methodology. To achieve this goal, the authors developed finite element models of the calotte part of the mine during the construction of a double track railway tunnel using “Lira” software. In each of the models in the “Lira” software package, the interaction zone with temporary fastening was sampled in a specific way. After creation of models, their numerical analysis with the detailed research of his results was conducted. Findings. In the finite element models, the values of deformations and stresses in the horizontal and vertical axes, as well as the maximum values of the moments and longitudinal forces in the temporary fastening were obtained. A comparative analysis of the obtained values of the components of the stress-strain state with a change in the parameters of the finite element model was carried out. The graphs of the laws of these results from the discretization features of the two models were plotted. The third finite element model with a radial meshing in the zone of interaction of temporary support with the surrounding soil massif was investigated. Originality. It has been established that in the numerical analysis of the SSS of a tunnel lining of a non-circular outline, its results substantially depend on the shape, size and configuration of the applied finite elements, on the size of the computational area of the soil massif, and also on the conditions for taking into account the actual (elastic or plastic) behavior of the soil massif. Practical value. The features of discretization and the required dimensions of the computational area of the soil massif were determined when modeling the “lining – soil massif” system, which provide sufficient accuracy for calculating the parameters of the stress-strain state of the lining.
RUS: Цель. В статье исследовано влияние на напряженно-деформированное состояние параметров конечно-элементной модели, построенной в программном комплексе «Лира», в численном анализе тоннелей некругового очертания. Методика. Для достижения поставленной цели, авторами в программном комплексе «Лира» были разработаны конечно-элементные модели калотной части выработки при строительстве двухпутного железнодорожного тоннеля. В каждой из моделей в программном комплексе «Лира» была конкретным способом дискретизирована зона взаимодействия с временным креплением. После создания моделей, проводился их численный анализ с детальным исследованием его результатов. Результаты. В конечно-элементных моделях получены значения деформаций и напряжений по горизонтальной и вертикальной осям, а также максимальные значения моментов и продольных сил во временном креплении. Проведен сравнительный анализ полученных значений компонент напряженного и деформированного состояний при изменении параметров конечно-элементной модели. Построены графики закономерностей указанных результатов от особенностей дискретизации двух моделей. Исследована третья конечно-элементная модель с радиальной разбивкой узлов в зоне взаимодействия временного крепления с окружающим грунтовым массивом. Научная новизна. Установлено, что при численном анализе НДС тоннельной обделки некругового очертания его результаты существенно зависят от формы, размеров и конфигурации применяемых конечных элементов, от размеров расчетной области грунтового массива, а также от условий учета действительной (упругой или пластической) работы грунтового массива. Практическая значимость. Определено особенности дискретизации и необходимые размеры расчетной области грунтового массива при моделировании системы «обделка – грунтовый массив», которые обеспечивают достаточную точность расчета параметров напряженно-деформированного состояния обделки.
ENG: Purpose. The article examines the effect on the stress-strain state of the parameters of the finite-element model created in the “Lira” software package in a numerical analysis of non-circular outlined tunnels. Methodology. To achieve this goal, the authors developed finite element models of the calotte part of the mine during the construction of a double track railway tunnel using “Lira” software. In each of the models in the “Lira” software package, the interaction zone with temporary fastening was sampled in a specific way. After creation of models, their numerical analysis with the detailed research of his results was conducted. Findings. In the finite element models, the values of deformations and stresses in the horizontal and vertical axes, as well as the maximum values of the moments and longitudinal forces in the temporary fastening were obtained. A comparative analysis of the obtained values of the components of the stress-strain state with a change in the parameters of the finite element model was carried out. The graphs of the laws of these results from the discretization features of the two models were plotted. The third finite element model with a radial meshing in the zone of interaction of temporary support with the surrounding soil massif was investigated. Originality. It has been established that in the numerical analysis of the SSS of a tunnel lining of a non-circular outline, its results substantially depend on the shape, size and configuration of the applied finite elements, on the size of the computational area of the soil massif, and also on the conditions for taking into account the actual (elastic or plastic) behavior of the soil massif. Practical value. The features of discretization and the required dimensions of the computational area of the soil massif were determined when modeling the “lining – soil massif” system, which provide sufficient accuracy for calculating the parameters of the stress-strain state of the lining.
Description
О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758; В. Купрій: ORCID 0000-0002-7564-5191
Keywords
метод скінченних елементів, тунель, неколове окреслення, дискретизація, напружено-деформований стан, метод конечных элементов, тоннель, некруговое очертание, дискретизация, напряженно-деформированное состояние, finite element method, tunnel, non-circular outline, discretization, strain-stress state, КМТ
Citation
Купрій, В. П. Аналіз особливостей прикладної програми «Ліра» при розрахунках оправ тунелів неколового окреслення / В. П. Купрій, О. Л. Тютькін, П. Є. Захарченко // Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. – 2017. – Вип. 12. – С. 41–50. – DOI: 10.15802/bttrp2017/167404.