TeresaTheSmile

Моделирование взаимодействия грунта с подземным трубопроводом

Здравствуйте товарищи! При моделировании трубопровода пластинчатыми элементами: 

1) Можно ли моделировать грунт пружинами (в частности spring/damper to ground) в каждом узле? 

2) Если да, то как определять их жёсткости?

3) В какой системе координат строить?

4) Нужно ли для каждого участка вводить локальную СК?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах


Проще нормальными трехмерными. Или через них определить требуемую жесткость для пружинок.  http://www.pinega3.narod.ru/mg/mg.htm   :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 часа назад, Fedor сказал:

Проще нормальными трехмерными. Или через них определить требуемую жесткость для пружинок.  http://www.pinega3.narod.ru/mg/mg.htm   :)

Все же интересует как рассчитать жёсткость пружин, не прибегаю к моделированию самого грунта. Но спасибо за совет!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Так можете по приведенным формулам в статье и посчитать требуемую жесткость.  Приложите для достаточно протяженной вытянутой области например метровой ширины распределенную нагрузку. Найдете величину перемещения. Требуемая жесткость пружинки будет F/u.   Аналогично можно найти и горизонтальные жесткости. Есть же фундаментальные решения для полупространства при любом расположении и направлении силы. Проинтегрируйте как в статье по интересуемой области и все дела :)   

Вам надо, чтобы при приложенной аналогичной силой пружинки давали такое же перемещение как дает решение на полупространстве. Можете попробовать и по формулам СП об основаниях и фундаментах  подобрать жесткости. Принцип тот же. При приложенной погонной силе иметь одинаковые перемещения.

Изменено пользователем Fedor

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Можно совсем по простому осадку получить как это в машиностроении для болтов делается. Считать что по треугольнику влияние в глубину распространяется. И через кусочно-постоянную аппроксимацию оценить осадку при приложенной силе.  При этом где-то остановиться когда напряжения сжатия в слое будут несколько процентов от начальных :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
34 минуты назад, Fedor сказал:

Можно совсем по простому осадку получить как это в машиностроении для болтов делается. Считать что по треугольнику влияние в глубину распространяется. И через кусочно-постоянную аппроксимацию оценить осадку при приложенной силе.  При этом где-то остановиться когда напряжения сжатия в слое будут несколько процентов от начальных :)

Больше спасибо за совет! Пожалуй, я так и поступлю, как Вы рекомендуете!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
23 часа назад, TeresaTheSmile сказал:

Можно ли моделировать грунт пружинами (в частности spring/damper to ground) в каждом узле

"Грунт является материалом, который сопротивляется сжатию и практически не сопротивляется напряжению" Федор

Элемент Sping/Damper, он же CBUSH(искать в справке) работает с одной жесткостью как на сжатие, так и на растяжение. 

23 часа назад, TeresaTheSmile сказал:

3) В какой системе координат строить?

В какой вам надо, в той и строить)

23 часа назад, TeresaTheSmile сказал:

4) Нужно ли для каждого участка вводить локальную СК?

Зависит от задачи..

А вообще, можете воспользоваться API Create Grounded CBUSH Elements, перед этим создайте свойство элемента, где необходимо указать жесткости по направлениям в соответствующей системе координат:

2017-09-10_23-41-00.png.e5832c3315562346201a4dfeaf057382.png 2017-09-10_23-38-00.png.60f8e548b3c554e6880f80a080a343f2.png

 

Ну либо вручную их создавать, опять же, зависит от постановки задачи и количества элементов.

 

 

23 часа назад, TeresaTheSmile сказал:

Можно ли моделировать грунт пружинами (в частности spring/damper to ground) в каждом узле?

Если предположить, что вся эта ситуация нормальна, то наверное лучше посмотреть в сторону элемента GAP, который как раз может иметь определенную жесткость на сжатие, и нулевую на растяжение.

API Compression Only Gaps, кстати, помимо всех прелестей, в автомате создаст локальные системы координат для каждого элемента. При решении в линейной постановке необходимо в настройках анализа поставить галочку напротив Gaps as Contact, иначе он будет работать как обычная пружина. При этом стоит отметить, что в линейной постановке элемент работает как контактный, т.е. имеет очень большую жесткость на последней итерации, во избежания проникновения в глубину (цифру осевой жесткости которую надумаете вбивать в настройках элемента фемап будет игнорировать). Вам это не подходит, но все же. 

2017-09-10_23-47-32.png.e28adcdc25cc431c652a4c8028b0d3c2.png2017-09-10_23-51-11.png.e39a79ba541764c7b5f7e0c48522b9bb.png

В вашем случае придется использовать функционал нелинейной постановки, где уже фемап подхватит следующие параметры:

2017-09-10_23-56-17.png.02ccc2141c040d531ed219ef42ff0d20.png

Надеюсь, что чем то помог!

 

Изменено пользователем kolo666

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
16 минут назад, kolo666 сказал:

использовать функционал нелинейной постановки

Под этим я имею ввиду как минимум 106 решатель NoLiner Static Analysis)

А это я просто оставлю здесь, для кругозора:

http://www.predictiveengineering.com/sites/default/files/spring_element_best_practice.pdf

Изменено пользователем kolo666

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

""Грунт является материалом, который сопротивляется сжатию и практически не сопротивляется напряжению" Федор " - Если заранее известно, что он всегда в сжатии, как обычно бывает при вертикальной весовой нагрузке, то линейная постановка подходит без проблем. Правда еть ньюансы когда сначала выкапывают котлован, происходит разгрузка грунта и последующее нагружение уже с другим модулем, который дают геологи. В 5-10 раз больше начального :)

А если учесть давление атмосферного столба, на что никто мне не ответил из грунтоведов, то сжатие практически  в широком диапазоне  нагрузок :)

Изменено пользователем Fedor

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Есть помимо атмосферного давления и водяное. Например если строить платформы или тоннели под водой то грунт там в сжатом состоянии практически всегда...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Большое спасибо товарищи за советы и рекомендации! Очень рад тому, что всегда тут можно найти помощь среди коллег и единомышленников! Будем пробовать и тестировать различные подходы. Еще раз всем спасибо!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@TeresaTheSmile Не Ваша работа случаем висела на стенде ХХ конференции MSC?)

"Использование конечно-элементного комплекса MSC Patran - Nastran для расчета тоннельной обделки с применением односторонних связей."

М.Р. Миллер

 

Труба.rar

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
В 27.10.2017 в 20:15, kolo666 сказал:

@TeresaTheSmile Не Ваша работа случаем висела на стенде ХХ конференции MSC?)

"Использование конечно-элементного комплекса MSC Patran - Nastran для расчета тоннельной обделки с применением односторонних связей."

М.Р. Миллер

 

Труба.rar

Нет, я с эти никак не связан)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

ID: 14   Опубликовано: (изменено)

 в любом учебнике (в том числе и в российских учебниках) - на первых страницах написано примерно одно и тоже:

 

Грунт, является существенно нелинейной средой с самого начала до деформирования, 
упругие деформации грунта ничтожно малы, поэтому ими - упругими деформациями следует пренебрегать....

 

так что идея про использования "пружинок" (тем более имеющих линейные характеристики) вместо грунтового массива - "не корректна" в принципе...

 

применение контактов при решении задач взаимодействия грунтов и "сооружения" (в данном случае трубы) - бессмысленна в принципе, так как наличие контактов ничего не даст ..... , скорее всего их наличие еще ухудшит математическую модель....

 

корректное описание поведения грунтов - даже для "простых" грунтов - задача сложная, требующая понимания механики грунтов, понимания как именно работает грунт в каждом "характерном" сегменте расчетной области - что бы "подстраивать" константы уравнений к параметрам каждого напряженно-деформированного сегмента .... 

 

написание собственных уравнений состояния, в дополнение к "стандартным" уравнения состояния - далеко не всегда "помогает"....., ввиду сложности мат.моделей и трудности проведения натурных экспериментов

 

в настоящее время, предлагаемые уравнения состояния грунтов - не являются универсальными и могут применяться более-менее успешно лишь в довольно узких диапазонах нагружения

 

следует так же помнить, что грунты , особенно водонасыщенные - имеют "активную" пластичность, даже при нагрузках небольшой интенсивности

 

ну и так далее....

 

особенно "сложными" являются задачи геомеханики где речь идет о водонасыщенных грунтах, или сопряженные задачи - где решаются прочность и фильтрация...

 

в частности, весьма интересной является задача о всплытии трубы/резервуара в грунте, где повысился уровень грунтовых вод.

Изменено пользователем Victor_M

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

ID: 15   Опубликовано: (изменено)

опечатка:
следует так же помнить, что грунты , особенно водонасыщенные - имеют "активную" ползучесть ( а не пластичность) , даже при нагрузках небольшой интенсивности нагрузок

Изменено пользователем Victor_M

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Если это так, то зачем геологи дают модуль деформаций связность и угол внутреннего трения ?  А у Флорина в Механике грунтов приводится формула из теории упругости ? Правда с опечатками. Правильная тут - http://www.pinega3.narod.ru/mg/mg.htm  . В бетоне, который тоже ползет, вполне ползучесть учитывают с помощью коэффициента ползучести. Ну а распределение напряжений в условиях малых деформаций. Лично считал подъемы в метро при  отрытии котлована для https://www.google.ru/maps/uv?hl=ru&pb=!1s0x4696300b479ce881:0x61825bd6ed37c125!2m22!2m2!1i80!2i80!3m1!2i20!16m16!1b1!2m2!1m1!1e1!2m2!1m1!1e3!2m2!1m1!1e5!2m2!1m1!1e4!2m2!1m1!1e6!3m1!7e115!4shttp://www.citywalls.ru/house27701.html!5z0YTQvtGA0YIg0LPRgNGD0L_QvyDRjdC70LXQutGC0YDQvtGB0LjQu9CwIC0g0J_QvtC40YHQuiDQsiBHb29nbGU&imagekey=!1e1!2shttp://p0.citywalls.ru/photo_264-271236.jpg?mt%3D1484152441&sa=X&ved=0ahUKEwiG2v2fzq_XAhUpKpoKHX1WAcwQoioIdzAK   этого сарайчика и осадок после строительства. Все достаточно точно, если брать модуль разгрузки 5-6 E  геологов как и рекомендуется у Тер-Мартиросяна. Соответственно и нагружения  :)  

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Такого 

3 часа назад, Victor_M сказал:

следует пренебрегать

 

3 часа назад, Victor_M сказал:

"не корректна" в принципе...

 

3 часа назад, Victor_M сказал:

бессмысленна в принципе

в учебниках не пишут в принципе.

Использование нелинейных грунтовых пружин на трубе-балке - это очень хорошее приближение, и вполне годится для целей проектирования. Проектных нагрузок, которые приводили бы к пластической деформации грунта на больших масштабах, нет. Всякие выкрутасы типа тектонических разломов и оползней - это, понятно, только в трехмере... но и то... еще в 2015 году одна не совсем глупая контора http://vniigaz.gazprom.ru/activities/scientific/gts-control/ писала рекомендации, как тектонический разлом побороть пружиной.

Так что, для описания грунта как массива - пружин, конечно, недостаточно. А для описания взаимодействия грунта с трубой - нормально. Другое дело, что классические подходы к определению жестквти грунтовых пружин не всегда справедливы. Срывание покровов здесь...

1000339766.jpg

1 пользователю понравилось это

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

ID: 18   Опубликовано: (изменено)

упомянутых Вами авторов знаю много лет лично....
Вы бы не обложку книги показывали, а то что там написано?
такая книжка стоит у меня в шкафу уже много лет ...
ничего полезного в этой книжке нет, кроме цветных красивых картинок
писалась она еще в ту пору, когда авторы осваивали LS-DYNA

Что касается "проектных" нагрузок:  даже "небольшой" сдвиг/перемещение грунта - весьма опасен для трубопроводов ...

разного рода попытки систематизировать информацию о взаимодействии труб с грунтовыми массивами и таким образом получить какие-то "универсальные" зависимости для использования этих зависимостей при задании свойств "пружин" - не принесли желаемого результата, ибо свойства грунтов, глубина залегания трубопроводов , внешние/внутренние усилия - какой-либо систематизации не поддаются

 

есть много статей посвященных этим задачам - в том числе и попыток хотя бы как-то = пусть в упрощенном виде смоделировать взаимодействие грунтов с трубопроводами - используя "простейшие" КЭ и главное избежать моделирования грунтов 3-х мерными КЭ, а так же избежать "возни" со свойствами грунтов - заменяя их какими-то "универсальными" характеристиками = но все эти статьи больше опровергают такую возможность, нежели её доказывают

 

кстати, почти все трубопроводы - это тонкие оболочки - таково соотношение диаметра/радиуса к толщине труб - даже только поэтому - рассматривать трубы как балочные КЭ нельзя.

Изменено пользователем Victor_M

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

" главное избежать моделирования грунтов 3-х мерными КЭ, а так же избежать "возни" со свойствами грунтов - заменяя их какими-то "универсальными" характеристиками " - нормальными трехмерными не проблема в наше время смоделировать. Вопрос ведь в том, что хотим получить. Осадки - так можно и пружинками. Напряжения можно и на полупространстве  без проблем. При ползучести напряжения же не меняются по определению ползучести :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
39 минут назад, Борман сказал:

Использование нелинейных грунтовых пружин на трубе-балке - это очень хорошее приближение, и вполне годится для целей проектирования.

откуда такое мнение ?

ведь очевидно, что трубу ни при каких условиях нельзя рассматривать как балку!

хотя проектировщикам наверно такая "мысль" понравится.. - ибо бы побыстрее и попроще... "ну что бы не заморачиваться"...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Кажется, здесь нужен экзорцист @piden

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Цитата

трубу ни при каких условиях нельзя рассматривать как балку!

Это еще почему ?  Швеллеры можно, а если парочку сварить и превратить в квадратную трубу то сразу и нельзя :)

Балка это объект у которого два размера заметно меньше третьего. Только и всего :)

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

ну что тут скажешь...

швеллер это аргумент весьма серьезный....

со швеллером спорить сложно...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Так не стоит сопромат то отменять. И прочую механику :)

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
6 часов назад, Victor_M сказал:

ничего полезного в этой книжке нет, кроме цветных красивых картинок
писалась она еще в ту пору, когда авторы осваивали LS-DYNA

У них несколько книг примерно про одно и тоже. Возможно я перепутал обложку. В любом случае, в одной из них предлагается новая правда на тему грунтовых пружин.

 

6 часов назад, Victor_M сказал:

Что касается "проектных" нагрузок:  даже "небольшой" сдвиг/перемещение грунта - весьма опасен для трубопроводов

Опасен, я не спорю, но это не проектная нагрузка. Фактически при проектировании учитывается только вес и жесткость. Не надо говорить про *****. ***** конечно иногда присутствует, но не является фактором, влияющим на проектирование. ***** - это не проектная нагрузка, под нее выполняется отдельный расчет в другой постановке. Кстати, разница не особо большая.

 

7 часов назад, Victor_M сказал:

ибо свойства грунтов, глубина залегания трубопроводов , внешние/внутренние усилия - какой-либо систематизации не поддаются

Как это свойства не поддаются систематизации ? Глубина залегания вообще регламентируется нормативкой. А про внутренние и внешние усилия я вообще не понял. Вы про тяжелую технику, которая может проехать по трассе ? На это не проектируют.

 

7 часов назад, Victor_M сказал:

"возни" со свойствами грунтов - заменяя их какими-то "универсальными" характеристиками

С трудом понимаю. Вы можете закопать трубу, потянуть на нее динамометром и получить жесткость пружинки. В масштабах деформаций грунтов, которые присутствуют на трассе - есть известные эмпирические зависимости.

 

7 часов назад, Victor_M сказал:

кстати, почти все трубопроводы - это тонкие оболочки - таково соотношение диаметра/радиуса к толщине труб - даже только поэтому - рассматривать трубы как балочные КЭ нельзя.

К счастью нет критериев, запрещающих рассматривать конструкцию как балку :)  Есть только разрешающие. Труба на линейной части под них подходит.

 

7 часов назад, Victor_M сказал:

ведь очевидно, что трубу ни при каких условиях нельзя рассматривать как балку!

Диалог в стиле ISPA. Можно, это же очевидно. Вы же не будете с этим спорить ?

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

ID: 26   Опубликовано: (изменено)

Надо же где-то новизну с актуальностью высасывать, вот и выдумывают всякие запреты, а то слишком просто все. Представьте сколько в городе всяких труб закопано, и водопровод и тепло и канализация как минимум  :)

Но вопрос затронут интересный. Например если презерватив надуть, то он будет сопротивляться изгибу, то есть вести себя как балка. То есть труба под давлением будет жестче на изгиб чем просто труба...  :)

Изменено пользователем Fedor

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
Только что, Fedor сказал:

Но вопрос затронут интересный. Например если презерватив надуть, то он будет сопротивляться изгибу, то есть вести себя как балка. То есть труба под давлением будет жестче на изгиб чем просто труба...  :)

Это потому что от давления появилась деформация по "оси". А теперь представьте, что презерватив бесконечной длины.. это приведет к тому, что осевых деформаций практически не будет. Это как упереться членом в стену... ничего не получится. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

ID: 28   Опубликовано: (изменено)

Есть же трение о грунт, всякие изгибы компенсаторные для температурных деформаций. Представьте, что презерватив заострен с двух сторон  как иголка. У меня примерно так устроена лучшая в мире надувная байдарка . http://www.aquagraphic.spb.ru/boats/v38/  Только у меня без верхней оболочки. Так удобнее на рыбалке.

IMG_9155.JPG  видите какая жесткость возникает при надувании...

Цитата

Это как упереться членом в стену... ничего не получится

это смотря какая стена и какой член. Тут как в анекдоте, когда  корабль развалился и капитан сказал - Боцман, шутки у тебя дурацкие, торпеда то мимо прошла :)

Тут как со струной. Когда-то даже такой коэффициент изобрели для расчета резиновых колес автомобилей. Строители пытались его приспособить для задания жесткости грунта. Коэффициент постели второй называли. Когда меня попросили научиться его считать в дополнение к пружинкам, то я сказал, что он может быть любой, так как у линейной функции только один множитель, но его можно представить как сумму любого количества слагаемых и каких угодно если сумма их постоянная. Это как под струну подставлять пружинки. если варьировать натяжение струны и жесткости пружинок при одинаковой суммарной жесткости. Вроде это Пастернак придумал, но серьезные грунтоведы такое не рассматривали :)

Изменено пользователем Fedor

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу

  • реклама

  • Реклама

  • Ближайшие события

    Предстоящих событий не найдено
  • Дни рождения сегодня

    1. Del Mar
      Del Mar
      (36 лет)
    2. Let4ik31
      Let4ik31
      (35 лет)
    3. MartinStul
      MartinStul
      (29 лет)
    4. simeon
      simeon
      (42 года)