Основные особенности программы «CRACK» расчета напряженно-деформированного состояния ледяного покрова с наличием сквозных трещин

6. Основные особенности программы «CRACK» расчета НДС ледяного покрова с наличием сквозных трещин

Программа «CRACK» разработана в среде программирования Microsoft Visual C++ 6.0 с применением элементов объектно-ориентированного программирования. Программа имеет графический пользовательский интерфейс и предназначена для расчета НДС ледяного покрова, находящегося под действием движущейся нагрузки, численным методом, основанным на сочетании методов конечных элементов и конечных разностей. Отличительной чертой программы является возможность моделирования сквозных трещин “разрезами”, идеальными и упругими шарнирами.

6.1. Особенности пользовательского интерфейса программы «CRACK»

Процесс выполнения расчета разделён на логические шаги, последовательное выполнение которых приводит к полному математическому описанию конкретной расчетной задачи, ее решению и выводу полученных результатов. Последовательность шагов следующая:

1.  Задание параметров ледяной пластины  и водоема;

2.  Задание параметров конечно-элементной сетки и  положения трещин;

3.  Генерация конечно-элементной сетки;

4.  Задание параметров движения нагрузки;

5.  Выполнение вычислений;

6.  Вывод результатов расчета.

Поясним особенности работы с программой «CRACK» на примере решения конкретной задачи. Рассмотрим прямоугольную в плане жестко заделанную по контуру ледяную пластину длиной L=1000 м и шириной B=400 м (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Расчетная схема задачи (1- сквозная трещина)

Координатные оси x и y являются осями симметрии пластины. Пусть сквозная прямолинейная трещина лежит на прямой x=20 м параллельно оси y и пересекает пластину по всей её ширине. Сосредоточенная сила P=0,4·10⁶ Н в начальный момент времени находится в покое на оси x пластины в точке, отстоящей от края пластины на расстояние L₀=150 м, при этом пластина имеет соответствующий статический прогиб. В момент начала движения нагрузка мгновенно приобретает постоянную скорость v=5 м/с, и движется по оси x в течение 120 секунд. Плотность воды ρ_w=1000 кг/м³; плотность льда ρ_i=900 кг/м³; толщина льда h=0,5; глубина бассейна H=5 м; время релаксации деформаций τ_φ=10 с; модуль Юнга льда E=0,73·10¹⁰ Па; коэффициент Пуассона ν=0,3;. Сквозные трещины будем моделировать идеальными цилиндрическими шарнирами, а шаг сетки времени Δtпримем равным 0,2 с. При построении дискретной модели пластины используем квадратные конечные элементы с размером сторон 40 м.

Для начала расчета запускаем на выполнение файл “CRACK.exe”. После появления на экране окна программы выбираем в главном меню пункт “Работа” и, далее, в выпадающем меню - единственно доступный пункт “Параметры ледяной пластины”. Заполняем окна запросов числовыми значениями в соответствии с условиями задачи, как показано на рис. 6.2.

Затем выбираем пункт меню “Работа\Положение трещины”. На экран выводится диалоговое окно “Задание параметров трещины и размеров пластины” (рис. 6.3). В группе окон “Размеры ледяной пластины” заполняем ячейки: “Размер пластины по X” – вводим длину пластины, “Размер пластины Y” – вводим ширину пластины. В группе окон “Дополнительные настройки” ставим галочку в поле “Моделировать трещины”. Если данное поле оставить не отмеченным, то трещины моделироваться не будут (т.е. ледяная пластина будет рассчитываться как сплошная). Далее, устанавливаем переключатель в положение “Идеальный шарнир”. Данный пункт соответствует моделированию

“нераскрывшихся” сквозных трещин. При необходимости учёта сил упругого взаимодействия   берегов   трещины   следует   установить   переключатель

Рис. 6.2. Диалоговое окно “Параметры ледяной пластины”

Рис. 6.3. Диалоговое окно “Задание параметров трещины и размеров пластины”

в положение “Упругий шарнир”. В этом случае трещины будут моделироваться упругими шарнирами, жесткость которых будет вычисляться исходя из величины коэффициента погонной жесткости (соответствующее окно в данной группе). Физический смысл данного параметра изложен в главе 3. Для моделирования “раскрывшихся” трещин, на берегах которых отсутствуют силы контактного взаимодействия, необходимо установить переключатель в положение “Разрез”. В этом случае гравитационная волна проходит через трещину, а изгибная волна в ледяном покрове от неё отражается. Далее, заполняем окно “Размер конечного элемента”. Данная величина определяет предпочтительный размер конечных элементов при генерации сетки