Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Реализация проекта направлена на решение фундаментальной научной проблемы: рационализацию конструкционного оформления несущих элементов сферических опорных частей мостов с целью повышения надежности, долговечности и износостойкости конструкции, увеличения межремонтного цикла и несущей способности, а также создание эффективной расчетной методики анализа деформационного поведения ответственных узлов мостовых строений в условиях циклический и сейсмических воздействий. Реализован ряд задач, направленных на уточнение математической и технической постановки деформационного поведения опорной части с учетом циклических воздействий, рассмотрены разные условия контактного состояния поверхностей сопряжения, в том числе с учетом изменения геометрических характеристик элементов. Выполнено построение модели, и численный анализ цифрового аналога классической конфигурации конструкции опорной части моста, для выявления закономерностей изменения напряженно-деформированном состоянии конструкции в целом, с учетом термомеханического поведения элементов конструкции в частности, в том числе при циклическом и сейсмическом воздействии. На первом этапе проекта выполнено: 1. Уточнены математическая и техническая постановки задачи на случаи циклического и сейсмического нагружения элементов опорных частей мостов классической геометрии с учетом фрикционного контакта полимерного слоя скольжения со сферическим сегментом и разного типа контактного сопряжения прослойки с нижней стальной плитой (идеальный контакт, полная адгезия, фрикционный контакт). 2. Построены параметризированные численные процедуры, имитирующие циклическое и сейсмическое нагружение с разным характером действия нагрузки от мостового пролета и опоры, частотой и амплитудой, проведена верификация алгоритмов и их апробация на тестовых задачах и модельных образцах. 3. Проведен учет численных алгоритмов моделирования циклического и сейсмического воздействия на классические модели опорной части в осесимметричной и трехмерной постановках, проведены серии численных экспериментов по воздействию сейсмической нагрузки с различной частотой и амплитудой на конструкции. 4. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния в целом и контактных параметров в частности при воздействии сейсмических нагрузок, в том числе при разном характере сопряжения слоя скольжения с нижней стальной плитой. 5. Проведен анализ влияния геометрических конфигураций классических опорных частей мостов, характера сопряжения ее элементов и материалов слоев скольжения на поведение и работоспособность конструкции при сейсмических воздействиях. Проведена оценка возможности изменения конструкции под районы с сейсмической активностью с использованием балансиров. 6. Выявлены качественные и количественные закономерности деформирования классических опорных частей мостов при разном уровне, характере, частоте и амплитуды циклических и сейсмических воздействий. Сформирован ряд рекомендаций по изменению геометрических параметров опорной части для минимизации риска разрушения/повреждения конструкции при сейсмической активности. Выполнена серия численных экспериментов о контактном деформировании элементов сферических опорных частей разной геометрической конфигурации путем создания итерационных численных алгоритмов по изменению параметров моделей, нагрузок и материалов слоев скольжения сферических опорных частей и частичной автоматизацией обработки результатов: 1. Интегрированы численные алгоритмы в программный комплекс ANSYS для моделирования циклического и сейсмического воздействия на классические модели опорной части в осесимметричной и трехмерной постановках 2. Получены новые качественные и количественные закономерности эволюции напряженно-деформированного состояния классических опорных частей мостов при воздействии периодческих нагрузок, в том числе при разном характере сопряжения слоя скольжения с нижней стальной плитой. 3. Получены данные о влиянии геометрических конфигураций классических опорных частей мостов, характера сопряжения ее элементов и материалов слоев скольжения на поведение и работоспособность конструкции. 4. Получены практические научно-обоснованные рекомендации по изменению геометрических параметров опорной части для минимизации риска разрушения/повреждения конструкции при сейсмической активности с использованием балансиров. В рамках выполнения первого этапа исследования установлено: 1. Быстрая качественная оценка характеристик напряженно-деформированного состояния конструкции и параметров контактного взаимодействия при формулировке задачи является основным важным моментом использования упругопластической модели поведения материала. 2. Изменение условий сопряжения слоя скольжения с нижней стальной плитой оказывает наибольшее влияние на площадь полной адгезии на поверхности сопряжения с верхним сферическим балансиром. В случае идеального контакта и полной адгезии, общая площадь сцепления поверности прослойка-балансир больше, чем при фрикционном контакте и составляет 30,97 % от площади исходного контакта при толщине 4 мм, при фрикционном контакте – 16,48 % от первоначальной площади контакта. 3. Максимальные различия между решениями при моделировании контактной пары элементов для разных типов контактов наблюдаются в рамках нормального перемещения относительно свободного торца слоя скольжения. Отличия фрикционного контакта по перемещению от идеального контакта около 50 %, полной адгезии не более 7,5 %. Контактное давление: отличие полной адгезии от идеального контакта составляет 5,64 %, фрикционного контакта – 23,47 %. Контактное давление: разница между полной адгезией и идеальным контактом составляет 5,64%, фрикционного контакта –23,47%. 4. Характер распределения контактного давления и контактного касательного напряжения имеет небольшие различия при изменении толщины антифрикционного слоя скольжения. Увеличение толщины антифрикционного слоя скольжения приводит к увеличению максимального уровня нормального перемещения торца. 5. Вязкоупругая поведенческая модель антифрикционного материала позволяет минимизировать отклонение численной модели подшипника от реальной структуры. Построены цифровые модели сейсмостойкой опорной части с учетом конструкторских решений геометрического оформления иностранных сейсмостойких опорных частей и ее модификация за счет радиального исполнения верхней стальной плиты, а также реализованы численные автоматизированные алгоритмы циклического и сейсмического воздействия на конструкцию в первом приближении (без учета скольжения балансира по антифрикционному слою скольжения, т.е. нагрузок в горизонтальной плоскости). Рассмотрена возможность учета смазочного материала при моделировании конструкции, для смазочного материала требуется учет более сложной упругопластической модели поведения.