Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Алгоритм и программа расчета взаимодействия в системе "ледяная плита – опора гидротехнического сооружения")

3.2 Алгоритм и программа расчета взаимодействия в системе “ледяная плита – опора гидротехнического сооружения.

Программная реализация системы представляет собой открытый интерактивный комплекс и выполнен в рамках одного из самых мощных приложений Windows – программной оболочки Visual Basic 5. Посредством упорядоченного набора закладок (программных средств непосредственно самой оболочки) выполняется настройка и выбор математической модели, численных значений параметров и режимов функционирования системы. Поясним смысл вышесказанного.

Вся программа расчета модели взаимодействия системы “ледяная плита – опора гидротехнического сооружения” поделена на отдельные элементарные блоки (процедуры), взаимодействующие между собой. Именно такое строение программы позволяет без особых проблем либо менять, либо уточнять отдельные блоки, усовершенствуя расчет, что очень важно для дальнейших научных разработок. Блок-сема программы приведена на рис.1. Остановимся подробнее на каждом блоке расчета.

Исходные данные.

Исходными данными служат вероятностные характеристики гистограмм: скорости дрейфа льда (V_Ice), толщины льда (H_Ice), прочности льда (Res_Ise), сплоченности льда (N_Ice), размеров льдин (R_Ice). Так же вводными параметрами являются: сторона квадрата рассматриваемого района (S_Region), время сезона (T_S), радиус опоры (R_Con), коэффициент формы опоры (K_Con), коэффициент жесткости опоры (K1_Con).

Основной блок расчета - программа Calculate.

В данном блоке организуются циклы расчетов при различных значениях сплоченности, скорости, толщины и прочности льда, а также при различных радиусах опоры, на основе которых формируются некоторые промежуточные входные параметры.

1. В блоке InitReslt рассчитываются:

1.1. Расстояния между льдинами L0 по формуле (   ) (см. программу ConsIce). При этом если L0<0, т.е. льдины наползают одна на другую, имеем L0=0, в противном случае L0=L0.

1.2. В случае, когда льдина приблизилась к опоре, т.е. L0=0, определяются линейный размер льда перед опорой ll=l=2*R_Ice; начальная масса льдины m0=pR_Ice2D_IceH_Ice; начальный импульс p0=m0*V_Ice; кинетическая энергия льдины E0=p0*V_Ice/2; площадь льдины перед опорой Ar0=pR_Ice2.

1.3. Рассчитывается время движения льдины с ближайшего к опоре узла фиксированной расчетной сетки dt0=L0/V_Ice и шаг по времени dt=dt0/100.

1.4. Сила взаимодействия льда с опорой определяется по формуле (   ) (см. программу FunForce).

1.5 Шаг прорезания льдины опорой рассчитывается по формуле StepR=NumCn*2*R_Con/NumAr и площадь опоры ArCon=pR_Con2

1.6. Организуются циклы расчетов прорезания льда опорой, где шаг изменяется от i до NumAr. Здесь на каждом шаге определяется: глубина прорезания dx=dx+StepR; площадь прорезания ArC(i)=(NumCn*ArCon)/NumAr и энергия необходимая для прорезания льда на величину StepR, EnC(i)=ArC(i)*Edestroy*D_Ice*H_Ice.

1.7. Инициируются все требуемые для дальнейшего расчета величины.

2. Формирование циклов расчетов по времени и расчет времени прорезания льда опорой (tCut) (см. программу T_InterAction). T_InterAction организует взаимосвязь основных программ расчета, следующим образом:

2.1. В случае если V_Ice>0, т.е. льдина еще движется, определяется период колебания сооружения по формуле Tf=Fc/K1_Con/V_Ice и моделируется взаимодействия льдины с опорой (Proc_MoveIce). В противном случае, т.е. если лед уже стоит V_Ice£0, то Tf=0 и управление передается Proc_MoveIce (на этой программе остановимся отдельно).

2.2. Текущее время прорезания льдины опорой (T_i) определяется на выходе из Proc_MoveIce и управление передается программе расчета внедрения новых блоков льда в систему взаимодействия “ледяная плита – опора гидротехнического сооружения” (см. программу Proc_AddIce).

3. Программа Proc_AddIce работает следующим образом.

3.1. На первом этапе проверяется наличие прорезания льда опорой. Т.е. если dx=0 (движения нет) это возможно в двух случаях: 1) если перед опорой чистая вода; 2) если энергии льда, скопившегося перед опорой, недостаточно для дальнейшего прорезания. Тогда определяется время, за которое льдина приблизится к опоре или до скопившегося льда перед опорой по формуле dt=S/V_Ice и управление передается процедуру L0. В процедуре L0 количество льда перед опорой увеличивается на одну льдину nIce=nIce+k. Пересчитывается площадь льда скопившегося перед опорой AA=AA+k*Ar0, его масса mm=mm+k*m0, линейный размер скопившегося перед опорой льда ll=ll+k*2*R_Ice, а расстояние до следующей льдины S=L0 (т.е. будет равно первоначальному расстоянию между льдинами).

3.2. В случае dx>0 (имеет место прорезание льда опорой) время прорезания увеличивается на шаг по времени tCut=tCut+dt и проверяется условие наличия льда перед опорой. Т.е. если nIce<1 (чистая вода), тогда льдина еще движется к опоре с первоначальной скоростью (V=V_Ice), когда льдина коснется опоры выполняется процедура L0 и опять проверяют условие наличия льда перед опорой, теперь лед есть (т.е. Nice>1), тогда пересчитывается расстояния до следующей льдины по формуле S=S-V_Ice*dt+dx и проверяется наличие касания льдины и опоры или скопившегося льда перед опорой (т.е. S>0), если не коснулась, то выполняют процедуру L0. Таким образом, в программе организуется процесс внедрения новых блоков льда в систему.