chebЧебышевский сборникChebyshevskii Sbornik2226-8383Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University10.22405/2226-8383-2020-21-3-292-305cheb-868Research ArticleИстория математики и приложенийСomputer scienceРазработка математического комплекса моделирования процесса разрушения композиционных конструкций на основе высокоскоростных моделей деформированияThe development of a mathematical complex for modeling the progress of destruction of composite structures based on hight-speed deformation modelsЖуравлевГеннадий МодестовичZhuravlevGennady Modestovich

доктор технических наук, профессор, профессор

doctor of technical Sciences, Professor, Professor

technology@tsput.ruТеличкоВиктор ГригорьевичTelichkoVictor Grigorievich

кандидат технических наук, доцент

candidate of technical Sciences, associate Professor

katranv@yandex.ruКуриенНикита СергеевичKurienNikita Sergeevich

аспирант

post-graduate student

kyrien@mail.ruГвоздевАлександр ЕвгеньевичGvozdevAlexandr Evgenievich

доктор технических наук, профессор, профессор

doctor of engineering, Professor, Professor

gwozdew.alexandr2013@yandex.ruКузовлеваОльга ВладимировнаKuzovlevaOlga Vladimirovna

кандидат технических наук, доцент, доцент

candidate of technical Sciences, docent, docent

kusovleva@yandex.ruТульский государственный университетРоссияTula State UniversityRussian FederationТульский государственный педагогический университет им. Л.Н. ТолстогоРоссияTuula State Pedagogical University L.N. TolstoyRussian FederationРоссийский государственный университет правосудияРоссияRussian State University of justiceRussian Federation202028122020213292305Copyright © Журавлев Г.М., Теличко В.Г., Куриен Н.С., Гвоздев А.Е., Кузовлева О.В., 20202020Журавлев Г.М., Теличко В.Г., Куриен Н.С., Гвоздев А.Е., Кузовлева О.В.Zhuravlev G.M., Telichko V.G., Kurien N.S., Gvozdev A.E., Kuzovleva O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/868

На сегодняшний день существует риск разрушения для большого количества зданийот различных аварийных ситуаций. Современная нормативная база проектирования и экс-плуатации зданий, содержит многолетний опыт анализа причин обрушения, учитываетбольшое количество воздействий на конструкции (динамические нагрузки, климатическиевоздействия, временные и постоянные) в течении всего срока службы. Однако возрастаю-щее количество аварий, с разной степенью разрушений, как отдельных частей, так и всегостроения, говорит о том, что воздействие, вызвавшее разрушение, не было учтено в норма-тивных документах, на основании которых был спроектирован объект. Поэтому возникаетнеобходимость в точных расчетных алгоритмах, современных надежных и экономическивыгодных методиках по конструктивному усилению несущих каркасов зданий.В статье рассмотрены существующие методы, для прогнозирования эффектов разру-шения и решения задач на определение напряженно-деформированного состояния исходяиз специально разработанной модели прочности RHT (Riedel-Hiermaier-Thoma) для вы-сокоскоростного деформирования железобетона в условиях динамического нагружения.Рассмотрена модельная задача с использованием вариационного подхода, основанного напостроении функционала расчета мощности упругой деформации с учетом мощности силинерции для заряда взрывчатого вещества сферической формы, расположенного непо-средственно перед сооружением. Все расчеты производились в среде ANSYSLS-DYNA,получены результаты в форме графиков скоростей деформаций и полей напряжений

Today, there is a risk of destruction for a large number of buildings from various emergencies.Modern regulatory framework for the design and operation of buildings, contains many years ofexperience in analyzing the causes of collapse, takes into account a large number of impacts onstructures (dynamic loads, climatic effects, temporary and permanent) during the entire servicelife. However, the increasing number of accidents with varying degrees of destruction, both ofindividual parts and of the entire structure, suggests that the impact that caused the destructionwas not taken into account in the regulatory documents on the basis of which the object wasdesigned. Therefore, there is a need for accurate calculation algorithms, modern reliable andcost-effective methods for the structural strengthening of supporting frames of buildings.The article considers existing methods for predicting the effects of fracture and solvingproblems for determining the stress-strain state based on a specially developed RHT (Riedel-Hiermaier-Thoma) strength model for high-speed deformation of reinforced concrete underdynamic loading conditions. A model problem is considered using a variational approach basedon the construction of a functional for calculating the elastic deformation power, taking intoaccount the power of inertia forces for a spherical explosive charge located directly in front ofthe structure. All calculations were performed in the ANSYSLS-DYNA environment, the resultswere obtained in the form of graphs of strain rates and stress fields.

динамическое нагружениенапряженно-деформированное состояниевзрывчатые веществаэнергетический методметод конечных элементовжелезобетон.dynamic loadingstress-strain stateexplosivesenergy methodfinite element methodreinforced concrete.References}Баженов~Ю.,М. Бетон при динамическом нагружении. М.: Стройиздат, 1970. 271 с.}Bazhenov, Y. M. (1970), \textit{Concrete under dynamic loading}, Moscow, Stroizdat, 271 p.}Бате~К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К.~Бате, Е.~Вилсон. М.: Стройиздат, 1982. 448 с.}Bate, K., Wilson, E. (1982) \textit{Numerical methods of analysis and the finite element method}, Moscow, Stroizdat, 448 p.}Бирбраер~А.,Н., Роледер~А.,Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. 594 с.}Birbraer, A.\,N., Roleder, A.\,Yu. (2009) \textit{Extreme impacts on structures}. St. Petersburg: Pub\-li\-shing house of Polytech, UN-TA, 594 p.}Галлагер~Р. Метод конечных элементов. Основы / Р.~Галлагер. М.: Мир, 1984. 428 с.}Gallagher, R. (1984) \textit{Finite element method}. Basics, Moscow, Mir, 428 p.}Козлитин~A.,M., Попов~А.,И., Козлитин~П.,А. Теоретические основы и практика анализа техногенных рисков. Вероятностные методы количественной оценки опасностей техносферы. Саратов: СГТУ, 2002. 178 с.}Kozlitin, A.\,M., Popov, A.\,I., Kozlitin, P.\,A. (2002) \textit{Theoretical bases and practice of analysis of technogenic risks. Probabilistic methods for quantifying the dangers of the technosphere}, Saratov, SSTU, 178 p.}Дегтярев~Д.,В.,Лисанов~М.,В., Сумской~С.,И., Швыряев~А.,А. Количественный анализ риска при обосновании взрывоустойчивости зданий и сооружений // Безопасность труда в промышленности, 2013, № 6. C. 82–89.}Degtyarev, D.\,V., Lisanov, M.\,V., Sumskoy, S.\,I., Shvyryaev, A.\,A. (2013), «Quantitative risk analysis in justifying the explosion resistance of buildings and structures», \textit{Labor Safety in industry}, No. 6, pp. 82-89.}Мартынюк~В.,Ф. Лекции по теории горения и взрыва: учеб. пособие. М.: Изд. центр РГУ нефти и газа им.~И.,М.~Губкина, 2014. 184 с.}Martynyuk, V.\,F. (2014) \textit{Lectures on the theory of combustion and explosion}, Moscow, Russian state University of oil and gas. I. M. Gubkina, 184 p.}Журавлев~Г.,М., Куриен~Н.,С. Математическое моделирование взрывного воздействия неконтактного заряда на изотропную бетонную плиту // Тезисы 20-ой Международной научно-технической конференции «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СТРОИТЕЛЬСТВА, СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ И АРХИТЕКТУРЫ». Тула, 2019. С. 194–197.}Zhuravlev, G.\,M., Kurien N.\,S., (2019), «Mathematical modeling of the explosive effect of a non-contact charge on an isotropic concrete slab», \textit{Theses of the 20th International scientific and technical conference «ACTUAL PROBLEMS of CONSTRUCTION, CONSTRUCTION INDUSTRY and ARCHITECTURE»}. Tula, 2019, pp. 194-197.}Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей: рук. по безопасности: приказ Ростехнадзора от 31 марта 2016 г. № 137. Сер. 27. Вып. 15. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2016. 44 с.}Methodology for assessing the consequences of emergency explosions of fuel and air mixtures: safety guide. Rostekhnadzor order №137 of March 31, 2016. Ser. 27. Vol. 15, Moscow, ZAO STC PB, 2016. 44 p.}Методы обоснования взрывоустойчивости зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей на опасных производственных объектах: рук. по безопасности: приказ Ростехнадзора от 13 мая 2015 г. № 189. Сер. 27. Вып. 17. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2016. 78 с.}Methods for substantiating the explosion resistance of buildings and structures during explosions of fuel and air mixtures at hazardous production facilities: safety guide: Ros\-tekh\-nadzor order No. 189 of may 13, 2015, Ser. 27, Vol. 17, Moscow, ZAO STC PB, 2016, 78 pp.}Невская~Е.,Е., Глебова~Е.,В. Анализ способов и средств повышения уровня защиты зданий и сооружений от действия ударных волн // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 2. С. 73–78.}Nevskaya, E.\,E., Glebova, E.\,V. (2017), «Analysis of ways and means of increasing the level of protection of buildings and structures from the action of shock waves», \textit{Labor Safety in industry}, No. 2. Pp. 73-78.}Журавлев~Г.,М., Куриен~Н.,С. Постановка задачи математического моделирования взрывостойкости и гарантированного разрушения пластин взрывной нагрузкой // Научно-технический журнал. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии Изд-во ОГУ им.~ И.,С.~Тургенева г. Орел, № 2. 2017, С 56–63.}Zhuravlev, G. M., Kurien, N. S. (2017), «Statement of the problem of mathematical modeling of explosion resistance and guaranteed destruction of plates by explosive load», \textit{Scientific and technical journal. Fundamental and applied problems of engineering and technology}, No. 2, pp. 56-63.}Расторгуев~Б.,С., Плотников~А.,И., Хуснутдинов~Д.,З. Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях. М.: Изд-во АСВ, 2007. 152 с.}Rastorguev, B. S., Plotnikov, A. I., Khusnutdinov, D. Z. (2007) \textit{Design of buildings and structures in case of emergency explosive impacts}, Moscow, ASV publishing House, 152 p.}Ефремов~К.,В., Лисанов~М.,В., Софьин~А.,С. и др. Расчет зон разрушения зданий и сооружений при взрывах топливно-воздушных смесей на опасных производственных объектах// Безопасность труда в промышленности. 2011. № 9. C. 70–77.}Efremov, K. V., Lisanov, M. V., Sofin, A. S., etc. (2011) «Calculation of zones of destruction of buildings and structures during explosions of fuel and air mixtures at hazardous production facilities», \textit{Labor Safety in industry}, No. 9. pp. 70-77.}Сегерлинд~Л. Применение метода конечных элементов М.: Мир, 1979. 392 с.}Segerlind, L. (1979) \textit{Application of the finite element method}, Moscow, Mir, 392 p.}Агапова~Е.,А., Дегтярев~Д.,В., Лисанов~М.,В. и др. Сравнительный анализ российских и зарубежных методик и компьютерных программ по моделированию аварийных выбросов и оценке риска // Безопасность труда в промышленности. – 2015. – № 9. – С. 71–78.}Agapova, E. A., Degtyarev, D. V., Lisanov, M. V., et al. (2015) «Comparative analysis of Russian and foreign methods and computer programs for modeling emergency emissions and risk assessment», \textit{Labor Safety in industry}, No. 9, pp. 71-78.}Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. Изд. 3-е, переработанное. В 2 т. Т.1. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 832 с.}\textit{Physics of explosion}, Editor Orlenko, L. P., T.1, Moscow, FIZMATLIT, 2002, 832 pp.}American Society of Civil Engineers «Design of blast resistant buildings in petrochemical facilities». New York, 2010. 318 p.}American Society of Civil Engineers (2010) «Design of blast resistant buildings in petrochemical facilities», New York, 318 p.}Moxnes~J.,F. et al. (2014) Experimental and numerical study of the fragmentation of expanding warhead casings by using different numerical codes and solution technics. Defence Technology, vol. 10, pp. 161-176.}Moxnes, J.F. et al. (2014) «Experimental and numerical study of the fragmentation of expanding warhead casings by using different numerical codes and solution technics», \textit{Defence Technology}, vol. 10, pp. 161-176.}Riedel~W., Thoma~K., Hiermaier~S. Schmolinske~E. (1999) Penetration of reinforced concrete by BETA-B-500. Numerical analysis using a new macroscopic concrete model for hydrocodes. Proceeding of 9th international symposium on interaction of the effects of munitions with structures. Berlin, pp. 315-322.}Riedel, W., Thoma, K., Hiermaier, S. Schmolinske, E. (1999) «Penetration of reinforced concrete by BETA-B-500. Numerical analysis using a new macroscopic concrete model for hydrocodes», \textit{Proceeding of 9th international symposium on interaction of the effects of munitions with structures}, Berlin, pp. 315-322.}Tham~C.,Y. (2005) Reinforced concrete perforation and penetration simulation using Autodyn 3D. Finite Elements in Analysis and Design, vol. 41, pp. 1401-1410.}Tham, C.Y. (2005) «Reinforced concrete perforation and penetration simulation using Autodyn 3D», \textit{Finite Elements in Analysis and Design}, vol. 41, pp. 1401-1410.}Uddin~N. Blast Protection of Civil Infrastructures and Vehicles Using Composites. New York, 2010. 488 p.}Uddin, N. (2010) \textit{Blast Protection of Civil Infrastructures and Vehicles Using Composites}, New York, 488 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.