КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-49-02002
НазваниеРазработка систем сейсмической защиты от воздействия поверхностных волн на основе композитных сейсмических барьеров
РуководительКузнецов Сергей Владимирович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2026 г. |
Конкурс№87 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DST).
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций
Ключевые словаповерхностные волны, головные волны, сейсмические волны, метаматериалы, сейсмические барьеры
Код ГРНТИ30.19.21
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение одной из важнейших проблем в современной теории сейсмической защиты, - разработку метода территориальной сейсмической защиты, предназначенного для защиты различных объектов (взлетные полосы аэродромов, опоры мостов, энергетические объекты и др.) от всех основных типов поверхностных сейсмических волн: Рэлея, Рэлея-Лэмба и Лява, а также головных (head) SP волн и эванесцентных волн, возникающих в эпицентральных зонах тектонических землетрясений. Здесь надо отметить, что протяженные объекты особенно чувствительны к сейсмическим поверхностным волнам Рэлея и Рэлея-Лэмба, вызывающих изгибные деформации и, как следствие, растрескивание и последующее разрушение.
В качестве создаваемой системы сейсмической защиты выступают вертикальные композитные барьеры нового типа, использующие гранулированные материалы с контрастными акустическими свойствами, позволяющими (i) отражать энергию перечисленных сейсмических волн за счет мягкого внешнего акустического слоя; (ii) осуществлять захват энергии проникающих внутрь барьера волн внутри акустически жестких гранулированных слоев, и (iii) диссипировать энергию волн внутри соответствующих слоев за счет образования и распространения множественных ударных волновых фронтов. Как показывают предварительные результаты, полученные членами авторского коллектива, применение таких метаматериалов позволит снизить интенсивность проявления землетрясений в защищаемых территориях на два и более балла, и, тем самым, ликвидировать угрозу разрушения защищаемых объектов.
Гранулированные метаматериалы с контрастными акустическими свойствами наделяют сейсмические барьеры свойствами широкодиапазонных фононных кристаллов, т.е. материалов, обеспечивающих непропускание волн в широком диапазоне частот. Работы по созданию таких барьеров проводятся на протяжении нескольких лет членами авторского коллектива из ИПМех РАН, ИПмаш РАН, НИУ МГСУ За последние пять лет авторским коллективом по тематике, связанной с сейсмической защитой, распространением волн в функционально-градиентных и гранулированных средах, опубликовано более 100 научных работ в российских и международных журналах, причем более 40 статей в журналах Q1.
Актуальность тематики подчеркивается следующими обстоятельствами:
Как показывает анализ литературных источников [1 – 5] (библиография приведена в конце раздела 4.5), в случае сейсмических воздействий, вызванных появлением поверхностных или головных волн значительной интенсивности, традиционные методы сейсмической защиты оказываются малоэффективными или неприменимыми. Это вызвано, несколькими факторами: естественными ограничениями сейсмоизолирующих устройств на амплитудные значения перемещений, скоростей и ускорений. Такие ограничения особенно характерны для наиболее массовых и относительно дешевых резинометаллических сейсмоизоляторов, предназначенных для демпфирования энергии объемных S волн; а так же разрушением фундаментных конструкций из-за появления нерасчетных изгибных деформаций в случае прихода сейсмических волн Рэлея или Рэлея-Лэмба большой интенсивности, - это особенно опасно для сооружений, имеющих значительную протяженность. Здесь надо так же отметить, что до настоящего времени не проводился анализ последствий воздействия головных и эванесцентных волн, представляющих исключительную опасность именно в эпицентральных зонах землетрясений [6 – 8].
Ожидаемые результаты
Для исследования волновых процессов в эпицентральной зоне, а также последующем анализе взаимодействия сейсмических волн с барьерами, будут получены следующие результаты:
(i) будет создан метод, основанный на аналитических и асимптотических методах анализа волновых полей в упругом стратифицированном полупространстве (полуплоскости) на основе решений внутренней задачи Лэмба, а также лучевой метод для исследования рефракции объемных волн и появления головных SP волн вблизи эпицентров землетрясений;
(ii) будет разработан метод, основанный на конечноэлементных, а также бессеточных (SPH) алгоритмах для исследования взаимодействия поверхностных и головных сейсмических волн с барьерами различных типов;
(iii) будет разработан метод, основанный на комбинированных моделях критического состояния (кэм-клей модели) и гиперупругих моделях (модели, основанные на потенциалах Марлоу) для описания динамического деформирования гранулированных метаматериалов, обладающими свойствами широкодиапазонных фононных кристаллов, используемых в качестве наполнителя для сейсмических барьеров;
(iv) будет создан метод, основанный на многокритериальной условной оптимизации Парето с соответствующими оптимизационными генетическими алгоритмами, для определения оптимальных физико-механических и геометрических параметров гетерогенных сейсмических барьеров.
На основе разработанных авторами проекта методов (i) - (iv), будут определены оптимальные с точки зрения защиты от рассматриваемых сейсмических поверхностных и головных волн физико-механические параметры и геометрические параметры барьеров. Как показывает обзор исследований по этой тематике, приведенный в разделе 4.5, основная тема проекта и его направленность, а также разрабатываемые математические методы и модели являются новыми и соответствуют или превосходят современный уровень исследований в этой области.
Предполагается, что разработанная концепция сейсмической защиты окажет непосредственное влияние на экономику страны, поскольку сейсмические барьеры нового типа позволят осуществить защиту многих сооружений, в том числе и стратегического назначения, от всех основных типов поверхностных, головных и эванесцентных сейсмических волн.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ