Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Расчет конструкции ледостойких оснований. Особенности имитационного моделирования), страница 3

Особенности имитационного моделирования.

В работе предлагается оригинальная модель взаимодействия сложной системы «ледяная плита – опора гидротехнического сооружения».

В моей модели ледовое воздействие можно представить как ряд последовательных актов взаимодействия - уровней нагружения. Каждый такой уровень (акт взаимодействия) следует рассматривать как случайное событие. Вся совокупность этих уровней нагружения в зависимости от количества циклов нагружения представляет собой режим нагружения сооружения ледяным покровом. Определив вероятностную меру на этом этапе можно построить вероятностную модель взаимодействия ледяного покрова с сооружением. В зависимости от уровня нагружения и вероятностной меры Р можно иметь различные расчетные случаи при проектировании.

Для стационарных гидротехнических сооружений выделяют два крайних расчетных случая: воздействия ледяного покрова на отдельное ограниченное по размерам сооружение и воздействие на широкую конструкцию. В первом случае каждый уровень нагружения является единичным, а их последовательность образует временной ряд. При воздействии на широкую конструкцию ледовую нагрузку можно представить как пространственную реализацию одновременных элементарных уровней нагружения. Второй расчетный случай в работе не рассматривается.

Достаточно полные вероятностные модели ледовых воздействий полностью ориентированы на использование ЭВМ и по необходимости имеют блочную структуру. При этом каждое звено в модели должно обладать определенной самостоятельностью для решения отдельных конкретных задач, либо использоваться как банк данных. В данной работе принят именно этот принцип формирования модели расчета.

Возможны два варианта расчетов статистических характеристик случайных внешних ледовых условий. Наиболее распространен подбор теоретических функций распределения с последующей оценкой их правдоподобия. Часто выбор функции распределения осложняется малым объемом натурных данных. Поэтому более приемлемым представляется расчет по имитационным моделям, когда натурные данные могут использоваться напрямую, например, в виде гистограмм.

Недостаточные сведения о практическом материале в имитационных моделях можно обойти, произведя выборки по программе случайных чисел в интервале [0, 1] равномерно распределенных случайных чисел.

Имитационные методы привлекательны по многим причинам. Прежде всего они позволяют вести расчет в реальном времени, что характерно для нашего случая. Данные модели позволяют сделать расчет для всей продолжительности срока службы сооружения с учетом его износов и отказов (т.е. разрушения). В имитационных моделях можно произвести мультиплицирование натурных данных, чем можно заниматься в дальнейшем.

При разработки имитационных моделей нет необходимости в детализации внешних условий. Так изменчивость ледяного покрова обусловлена разнообразием его физико-механических и геометрических характеристик. Практически рассматривается ограниченный набор случайных параметров: пределы прочности льда на одноосной сжатие R_с, на изгиб R_f и на смятие R_b, толщина льда h, размер льдины d, сплоченность льда N. Блочное строение имитационной модели позволяет либо упрощать, либо усложнять вычисления Например, характеристики прочности льда можно не задавать, а вычислять по таким внешним параметрам, как соленость S⁰/₀₀, температура t⁰ и т.п.

Кроме изменчивости ледяного покрова необходимо также статистическое многообразие внешних гидрометеорологических условий. Сюда относятся вариации скорости движения льдов V, продолжительность воздействия внешних факторов (время сезона tcез) и т. п. Можно учесть также случайный характер самого взаимодействия ледяного поля с сооружением. Так, например, для одиночной опоры возможны прямой или косой удары льдин, прорезание ледяного поля, воздействие от примерзшего льда в результате изменения уровня воды. При взаимодействии с конструкцией в зависимости от ее размеров и конфигурации ледяной покров может разрушаться от изгиба, от сжатия, от сдвига, может произойти наползание ледяного поля с последующим образование навалов, потеря устойчивости ледяной плиты и т.п. В имитационной модели все эти варианты могут быть рассчитаны отдельно в соответствии с известной вероятностью каждой формы разрушения.