Цель Обзор существующей литературы по теме изучения расчетных программных комплексов, направленных на решение различных конструкторских задач, первый важный шаг при выполнении выпускной квалификационной работы магистра, формирующий ее основу.

Основная идея метода конечных элементов состоит в том, что любую непрерывную    величину, например, такую, как температура, давление и перемещение, можно заменить дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определённых на конечном числе подобластей. Данная программа задает перечень расчетных средств, которые учитывают разнообразные конструктивные нелинейности, дают возможность решить общий случай контактной задачи для поверхностей, могут допустить образование конечных деформаций и углов поворота [1].

Существует множество расчетных программных комплексов, такие как: ЛИРА САПР, ANSYS Workbench, SCAD, Abakus, MIDAS GTS NX, PLAXIS и многие другие. Каждый программный комплекс следует принципам конечно-элементного анализа, но направлен на решение разных конструкторских задач. Проанализировав множество расчетных комплексов, наиболее подходящим для моделирования экспериментальных данных является ANSYS Workbench, т.к. эта программа позволяет быстро и точно моделировать трещины с последующим анализом напряженно деформированного состояния. ANSYS – это быстрая и практичная программа. Каждое ее обновление улучшает прежние возможности, и делает программу более гибкой и удобной [2].

В расчетном комплексе ANSYS представлен чрезвычайно многогранный список расчетных компонентов, учитывающих разнообразные конструктивные особенности. Они позволяют решить контактную задачу для поверхностей; допускают наличие больших деформаций. ПК МКЭ сокращают время разработки и оптимизации конструкции за счёт определения оптимальных параметров и учитываемых эксплуатационных воздействий [3].

С помощью оптимизации, проектировщику, можно оценивать и анализировать переменные проекта. Используются два метода оптимизации: метод аппроксимации и метод первого порядка. В программе ANSYS стадия постпроцессорной обработки следует за стадиями препроцессорной подготовки и получения решения. С помощью постпроцессорных средств программы пользователь имеет возможность легко обратиться к результатам решения и комментировать их нужным образом, используя обширный набор команд, функций и дружественного интерфейса. Результаты решения включают значения перемещений. А также в программе ANSYS возможно геометрическое построение на плоскости и создание моделей пространственных объектов с использованием примитивов и булевых операций над ними [4].

Существуют два подхода геометрического моделирования в ANSYS: моделирование снизу-вверх и моделирование сверху-вниз. Основы моделирования построены на геометрической субординации объектов: объект низшей размерности – точка, и далее по возрастанию – линии, поверхности, объемные тела [5].

После проведения эксперимента железобетонной балки усиленной углепластиком и выполнив расчет в ПК ANSYS, сравнив результаты, авторы выяснили, что программа позволяет производить корректное объемное моделирование изгибаемых железобетонных элементов, усиленных на стадии, близкой к исчерпанию несущей способности, углепластиком, при задании диаграмм деформирования бетона, арматуры и углепластика [6].

В статье на тему конечно-элементного анализа Гулых К.В. подтверждает, что при решении контактных задач в процессе взаимодействия тел под нагрузкой возможны различные по характеру и по численным параметрам НДС. Сетка разбивки тел на конечные элементы должна соответствовать параметрам напряженно-деформированного состояния. При больших деформациях сетку следует предусматривать достаточно мелкую, с малыми размерами конечных элементов и именно в тех местах, где необходим тщательный контроль результатов. Несоблюдение этого условия значительно снижает точность расчета. Программа ANSYS позволяет, наряду с автоматическим выбором сетки разбиения, корректировать сетку в «ручном режиме» [7].

На примере железобетонной балки в процессе ее нагружения равномерно распределённой нагрузкой, можно спрогнозировать реальную изгибную жесткость изгибаемых элементов которую впоследствии можно использовать в качестве расчетной при формировании сложных каркасных сооружений. Данная задача может быть реализована в любом конечно-элементном комплексе. Наилучшие результаты можно получить только с помощью соответствующего моделирования трещин, которые неизбежны при эксплуатации[8].

В работе [9] были использованы два численных метода решения задач механики, деформирования твердого тела – явный и неявный методы интегрирования уравнений, описывающих равновесные и неравновесные состояния исследуемого объекта. Применение метода конечных элементов дает хорошее приближение несущей способности к опытной. Тем не менее, анализ не показывает хорошую сходимость и зависит от цели расчета (первая или вторая группа предельных состояний, стадия НДС и пр.).

На основании проведенного обзора литературных источников можно сделать вывод, что для выполнения расчетов методом конечных элементов в выпускной квалификационной работе наиболее подходящим является программный  комплекс  ANSYS.

Исследование и анализ существующих: источников информации, диссертаций, научных статей, методических пособий, результатов испытаний образцов, позволит выделить основные аспекты и ответить на вопросы, связанные с изучением железобетонных балок с полимерцементной защитой. Изучив имеющиеся источники, мы сможем проанализировать испытанные образцы для получения результатов необходимых для выполнения выпускной квалификационной работы магистра, что сделает исследование более проработанным.

На данный момент имеется ряд испытаний образцов и разработаны методы расчета, посвященные балкам с полимерцементной защитой.

Однако все существующие наработки в этой области не полностью освещают тему расчета изгибаемых элементов покрытых полимерцементной защитой от воздействия агрессивных сред. Для железобетонных балок с полимерным покрытием требуется выделить методику расчёта трещиностойкости и деформативности.

Современное строительство в основном представляет собой конструкции из железобетона. Они могут быть как монолитными, так и сборными, но в любом случае преобладает применение именно этого материала.

Развитие железобетонного строительства начинается еще с конца 19-го века, но до настоящего времени еще не потеряло своей актуальности, а наоборот используется все чаще и чаще.

Основной проблемой в железобетоне является арматура, а точнее ее предрасположенность к коррозии. Несмотря на защитный слой, в кислотных средах арматура может разрушаться и будет происходить процесс окисления металла, находящегося внутри конструкции. Именно по этой причине стали разрабатывать методы защиты арматуры от данного разрушающего воздействия. Одним из методов защиты железобетона от разрушения в кислотных средах стало применение защитного слоя из полимерцементного вещества – каутона. Каутон – каучуковый бетон, композитный материал, обладающий высокой химической стойкостью в условиях агрессивных сред, разработанный преподавателями кафедры железобетонных и каменных конструкций ВГАСУ [1-5].

Таблица 1 – Компонентный состав полимерцементного бетона (каутона)

Проведем испытание балок, покрытых полимерцементным веществом – каутоном, для определения числовых показателей разрушения балок при механической нагрузке. Для испытания готовим опытный образец железобетонной балки, покрытой полимерцементным веществом, размером 1400x120x60 мм, представленный на рисунке 1.

Рис. 1 Испытание полимерцементной покрытой балки

 Испытание полимерцементной защищенной балки проводилось в ЦКП (Центр коллективного пользования имени профессора Ю.М. Борисова ВГТУ), для этого была задействована универсальная напольная гидравлическая испытательная система (модель 600 KN), удовлетворяющая всем требованиям нормативной документации и аттестованная в установленном порядке.

На рисунке 2 представлен образец балки с полимерцементной защитой после проведения испытания.

Рис. 2. Балка с полимерцементной защитой после испытания

Для более тщательного изучения темы железобетонных балок с полимерцементным покрытием будет сделан анализ результатов данных испытаний в выпускной квалификационной работе магистра.

Вывод

 Анализ результатов исследований, проводившихся раньше, говорит об отсутствии методик расчёта деформативности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных конструкций с полимерцементной защитой. Из этого следует, что существует необходимость в корректировке данных с целью применения их для конструкций, изготовленных с применением каутона.