Обґрунтування параметрів дискретизації при чисельному аналізі тунелів неколового окреслення
Loading...
Files
Date
2017
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Мета. В статті досліджено вплив на напружено-деформований стан дискретизації скінчено-елементної моделі в чисельному аналізі тунелів неколового окреслення. Методика. Для досягнення поставленої мети, авторами було розроблено три скінчено-елементні моделі калотної частини виробки при будівництві двоколійного залізничного тунелю. В кожній з моделей в програмному комплексі «Ліра» конкретним чином було дискретизовано зону взаємодії з тимчасовим кріпленням. Після створення моделей, проводився їх чисельний аналіз із детальним дослідженням його результатів. Результати. Отримано значення деформацій і напружень скінчено-елементних моделей по горизонтальній і вертикальній осям, а також максимальні значення моментів і поздовжніх сил в тимчасовому кріпленні. Проведено порівняльний аналіз отриманих значень. Побудовані графіки закономірностей вказаних результатів від особливостей дискретизації двох моделей. Досліджено третю скінчено-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 скінчених елементів, від розмірів розрахункової області ґрунтового масиву, а також від умов його закріплення (граничних умов). 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 дискретизации конечно-элементной модели в численном анализе тоннелей некругового очертания. Методика. Для достижения поставленной цели, авторами были разработаны три 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. Получены значения деформаций и напряжений конечно-элементных моделей по горизонтальной и вертикальной осям, а также максимальные значения моментов и продольных сил во временном креплении. Проведен сравнительный анализ полученных значений. 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 его закрепления (предельных условий). 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. Influence on the strain-stress state of discretization of finite element model in the numerical analysis of non-circular outline tunnels is explored in the article. Methodology. For achievement of the put purpose, authors developed three finite element models of callote part at building of two-line railway tunnel. In each of models in a programmatic complex «Lira» was a concrete method of discretization area of cooperation with the temporal fastening. After creation of models, their numerical analysis with the detailed research of his results was conducted. Findings. The values of deformations and tensions of finite element models on horizontal and vertical axes, and also maximal values of moments and longitudinal forces in the temporal support are got. The comparative analysis of the got values is conducted. The graphs of conformities to the law of the indicated results from the features of discretization of two models are built. The third finite element model with the radial laying out of knots in the area of cooperation of the temporal fastening with the surrounding ground array is explored. Originality. It is set that at the numerical analysis of SSS of tunnel support of non-circular outline his results substantially depend on a form, sizes and configuration of the applied finite elements, from the sizes of calculation area of the ground massif, and also from the terms of his fixing (maximum terms). Practical value. The features of discretization and necessary sizes of calculation area of the ground massif at the design of the system are certain «support – ground massif », which provide sufficient exactness of calculation of parameters of the strain-stress state of support.
RUS: Цель. В статье исследовано влияние на напряженно-деформированное состояние дискретизации конечно-элементной модели в численном анализе тоннелей некругового очертания. Методика. Для достижения поставленной цели, авторами были разработаны три 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. Получены значения деформаций и напряжений конечно-элементных моделей по горизонтальной и вертикальной осям, а также максимальные значения моментов и продольных сил во временном креплении. Проведен сравнительный анализ полученных значений. 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 его закрепления (предельных условий). 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. Influence on the strain-stress state of discretization of finite element model in the numerical analysis of non-circular outline tunnels is explored in the article. Methodology. For achievement of the put purpose, authors developed three finite element models of callote part at building of two-line railway tunnel. In each of models in a programmatic complex «Lira» was a concrete method of discretization area of cooperation with the temporal fastening. After creation of models, their numerical analysis with the detailed research of his results was conducted. Findings. The values of deformations and tensions of finite element models on horizontal and vertical axes, and also maximal values of moments and longitudinal forces in the temporal support are got. The comparative analysis of the got values is conducted. The graphs of conformities to the law of the indicated results from the features of discretization of two models are built. The third finite element model with the radial laying out of knots in the area of cooperation of the temporal fastening with the surrounding ground array is explored. Originality. It is set that at the numerical analysis of SSS of tunnel support of non-circular outline his results substantially depend on a form, sizes and configuration of the applied finite elements, from the sizes of calculation area of the ground massif, and also from the terms of his fixing (maximum terms). Practical value. The features of discretization and necessary sizes of calculation area of the ground massif at the design of the system are certain «support – ground massif », which provide sufficient exactness of calculation of parameters of the strain-stress state of support.
Description
О. Тютькін: ORCID 0000-0003-4921-4758; В. Купрій: ORCID 0000-0002-7564-5191
Keywords
метод скінчених елементів, тунель неколового окреслення, дискретизація, напружено-деформований стан, метод конечных элементов, тоннель некругового очертания, дискретизация, напряженно-деформированное состояние, finite element method, non-circular outline tunnels, discretization, strain-stress state, КМТ
Citation
Купрій, В. П. Обґрунтування параметрів дискретизації при чисельному аналізі тунелів неколового окреслення / В. П. Купрій, О. Л. Тютькін, П. Є. Захарченко // Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. – 2017. – Вип. 11. – С. 20–29. – DOI: 10.15802/bttrp2017/158445.