Автоматизированная система оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений
AUTOMATED SYSTEM FOR ASSESSING THE DEGREE OF PROTECTION OF EXCAVATED SPECIAL FORTIFICATIONS

Система относится к вычислительной, информационно-аналитической технике, представляющей аппаратно-программные технические устройства, и может быть использована для проверки соответствия степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений с учетом текущего технического состояния возможности продолжения работы после воздействия сейсмических и сейсмовзрывных нагрузок.
В результате проведенного патентного поиска были обнаружены решения, применяемые для решения подобного рода задач, которые можно рассматривать в качестве аналогов предлагаемой системы.
Из существующего уровня техники для оценки напряженного деформированного состояния сооружений известен «Способ оценки напряженного деформированного состояния горных пород и строительных сооружений и устройство для его осуществления» по патенту на изобретение RU 2442120 С2 (опубликован в Официальном бюллетене Федеральной службы по интеллектуальной собственности №4 от 10.02.2012 г.) - [1]. Способ предназначен для контроля динамических проявлений разрушения в виде разрушений отдельных участков, вывалов, заколов и т.д. Однако, данный способ не содержит в себе каких-либо рекомендаций по порядку дальнейших действий при изменении напряженного деформированного состояния конструкций лицом, принимающим решение, а также не позволяет оценить состояние конструкций после сейсмических и сейсмовзрывных нагрузок.
Из существующего уровня техники также известен «Способ прямого динамического расчета фортификационных сооружений котлованного типа на воздействие сейсмовзрывных волн с учетом природной сейсмики» (по заявке на изобретение 2020119772 от 16.06.2020 г., опубликованной в Официальном бюллетене Федеральной службы по интеллектуальной собственности №35 от 16.12.2021 г.) - [2], заключающийся в пошаговом интегрировании разрешающих уравнений, описывающих поведение горного массива и ограждающих конструкций фортификационного сооружения котлованного типа с учетом взаимодействия на контакте «грунт конструкция». Вместе с тем, данный способ представляет собой последовательность математических операций для получения конечного численного результата без раскрытия порядка интерпретации полученных значений, возможности оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружения и автоматизации порядка этой оценки. Кроме этого, в соответствии с данным способом не обеспечивается возможность сравнения (как лицом, принимающим решение, так и в автоматизированном режиме) значений избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, полученных при обследовании объекта и при моделировании сейсмических, а также сейсмовзрывных воздействий; не обеспечивается возможность хранения полученных результатов оценки и представления информации в наглядном графическом виде.
Известна «Система поддержки принятия решений по восстановлению зданий» - [3], которая принята в качестве прототипа заявленного технического решения. «Система поддержки принятия решений по восстановлению зданий» содержит модуль мониторинга технического состояния зданий, датчики, автономные блоки сбора данных, контрольную станцию, блок ввода параметров, модуль анализа информации, блок определения затрат на восстановление здания, блок определения затрат на эксплуатацию здания, модуль обработки информации, блок эталонных показателей, блок ранжирования критериев и расчета, блок памяти, блок отображения информации. Указанная система предназначена для автоматизации и поддержки принятия управленческих решений в условиях наличия нескольких критериев, на основе которых осуществляется планирование восстановления зданий.
Несмотря на то, что данная система позволяет осуществлять поддержку принятия решений по восстановлению объектов лицам, ответственным за эксплуатацию и техническое состояние зданий и сооружений, посредством автоматизации расчетов, рассматриваемая система обладает существенным недостатком. Так, специальные фортификационные сооружения широко применяются для обеспечения защиты населения и продолжения функционирования по предназначению для достижения иных целей при воздействии средств поражения на конструкции. Основным показателем, характеризующим способность функционирования при воздействии средств поражения, является степень защиты сооружения, которая определяется в зависимости от возможного допустимого расчетного значения избыточного давления по фронте воздушной ударной волны, проходящей по поверхности земли над сооружением. Таким образом, известная система не позволяет определить способность сооружения противостоять сейсмовзрывным и сейсмическим нагрузкам в результате воздействия сейсмовзрывной и воздушной ударной волн, что предопределило необходимость разработки заявленной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая система, заключается в автоматизации расчетов по оценке степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений за счет моделирования расчетной области местонахождения сооружения и сейсмических и сейсмовзрывных воздействий, что позволяет, в свою очередь, определить напряженно-деформированное состояние конструкций и оценить способность продолжения функционирования сооружения после воздействия избыточного давления во фронте воздушной ударной волны заданного уровня.
Сущность заявленной автоматизированной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений состоит в том, известная система содержит блок ввода параметров, блок эталонных показателей, блок памяти, блок отображения информации.
Кроме этого система дополнительно снабжена:
блоком формирования дискретной модели расчетной области, блоком синтезирования акселерограммы, блоком расчета амплитудных параметров, блоком расчета сейсмических воздействий, базой данных землетрясений, блоком моделирования сейсмовзрывного воздействия, блоком определения напряженно-деформированного состояния конструкций, автономным блоком хранения данных по обследованию сооружений.
При этом первый выход блока ввода параметров соединен с первым входом блока формирования дискретной модели расчетной области, а второй выход блока ввода параметров соединен с входом автономного блока хранения данных по обследованию сооружений, третий выход блока ввода параметров соединен с входом блока моделирования сейсмовзрывного воздействия, четвертый выход блока ввода параметров соединен с входом блока расчета амплитудных параметров, пятый выход блока ввода параметров соединен с входом базы данных землетрясений; выход блока формирования дискретной модели расчетной области соединен с первым входом блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций; выход блока синтезирования акселерограммы соединен с вторым входом блока формирования дискретной модели расчетной области, а первый вход блока синтезирования акселерограммы соединен с выходом блока расчета амплитудных параметров, второй вход блока синтезирования акселерограммы соединен с выходом блока расчета сейсмических воздействий; вход блока расчета сейсмических воздействий соединен с выходом базы данных землетрясений; выход блока моделирования сейсмовзрывного воздействия соединен с третьим входом блока формирования дискретной модели расчетной области; первый выход блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций соединен с первым входом блока памяти, а первый выход блока памяти соединен с третьим входом блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций; второй выход блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций соединен с первым входом блока отображения информации, а второй вход блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций соединен с выходом автономного блока хранения данных по обследованию сооружений; второй выход блока памяти соединен с вторым входом блока отображения информации, а выход блока отображения информации соединен с вторым входом блока памяти.
Отличительными признаками заявленной автоматизированной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений являются:
1. дополнительное снабжение блоком формирования дискретной модели расчетной области;
2. дополнительное снабжение блоком синтезирования акселерограммы;
3. дополнительное снабжение блоком расчета амплитудных параметров;
4. дополнительное снабжение блоком расчета сейсмических воздействий;
5. дополнительное снабжение базой данных землетрясений;
6. дополнительное снабжение блоком моделирования сейсмовзрывного воздействия;
7. дополнительное снабжение блоком определения напряженно-деформированного состояния конструкций;
8. дополнительное снабжение автономным блоком хранения данных по обследованию сооружений;
9. соединение первого выхода блока ввода параметров с первым входом блока формирования дискретной модели расчетной области;
10. соединение второго выхода блока ввода параметров с входом автономного блока хранения данных по обследованию сооружений;
11. соединение третьего выхода блока ввода параметров с входом блока моделирования сейсмовзрывного воздействия;
12. соединение четвертого выхода блока ввода параметров с входом блока расчета амплитудных параметров;
13. соединение пятого выхода блока ввода параметров с входом базы данных землетрясений;
14. соединение выхода блока формирования дискретной модели расчетной области с первым входом блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций;
15. соединение выхода блока синтезирования акселерограммы с вторым входом блока формирования дискретной модели расчетной области;
16. соединение первого входа блока синтезирования акселерограммы с выходом блока расчета амплитудных параметров;
17. соединение второго входа блока синтезирования акселерограммы с выходом блока расчета сейсмических воздействий;
18. соединение входа блока расчета сейсмических воздействий с выходом базы данных землетрясений;
19. соединение выхода блока моделирования сейсмовзрывного воздействия с третьим входом блока формирования дискретной модели расчетной области;
20. соединение первого выхода блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций с первым входом блока памяти;
21. соединение первого выхода блока памяти с треть им входом блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций;
22. соединение второго выхода блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций с первым входом блока отображения информации;
23. соединение второго входа блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций с выходом автономного блока хранения данных по обследованию сооружений;
24. соединение второго выхода блока памяти с вторым входом блока отображения информации;
25. соединение выход блока отображения информации с вторым входом блока памяти.
По сведениям, имеющимся у авторов, совокупность отличительных признаков не известна в технической литературе, что отвечает условию патентоспособности «новизна».
Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, что расширяется область применения системы, т.к. она может быть применена для оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений от сейсмических и сейсмовзрывных воздействий, вызванных воздушной ударной волной. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1…20, т.к.:
за счет применения отличительного признака №1 появляется возможность моделирования расчетной области, состоящей из грунтового массива и котлованного специального фортификационного сооружения с учетом физико-механических характеристик грунтового массива и материалов конструкции;
за счет применения отличительных признаков №1, 2, 3, 4, 6, 15, 16, 17 появляется возможность моделирования воздействия сейсмических и сейсмовзрывных волн на расчетную область местонахождения сооружения посредством синтезирования акселерограммы с заданными амплитудными параметрами и моделирования динамической нагрузки на объект;
за счет применения отличительных признаков №5, 18 появляется возможность учета магнитуды землетрясения в зависимости от прогнозируемого эпицентра землетрясения на основе исторических данных;
за счет применения отличительных признаков №1…25 появляется возможность определения напряженно-деформированного состояния конструкций и оценки способности продолжения функционирования сооружения после воздействия избыточного давления во фронте воздушной ударной волны заданного уровня.
Заявленное техническое решение представлено в графических материалах, а именно:
на фигуре 1 представлена структурная схема предлагаемой системы, на фигуре 2 - обобщенная схема работы автоматизированной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений.
На фигуре 1 используются следующие условные обозначения и нумерация, представленная арабскими цифрами:
1 - Блок ввода параметров;
2 - Блок формирования дискретной модели расчетной области;
3 - Блок синтезирования акселерограммы;
4 - Блок расчета амплитудных параметров;
5 - Блок расчета сейсмических воздействий;
6 - База данных землетрясений;
7 - Блок моделирования сейсмовзрывного воздействия;
8 - Блок определения напряженно-деформированного состояния конструкций;
9 - Автономный блок хранения данных по обследованию сооружений;
10 - Блок памяти;
11 - Блок отображения информации.
Сущность предложенной системы поясняется представленной на фиг. 1 структурной схемой автоматизированной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений, состоящей из элементов с нумерацией (1…11).
Функциональное назначение структурных элементов автоматизированной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений представляется следующим описанием.
Блок ввода параметров (1) предназначен для получения исходных данных от оператора системы для последующего выполнения расчетных операций по оценке степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений. Вводимыми параметрами для последующего моделирования расчетной области из грунтового массива фортификационного сооружения котлованного типа являются: скорость распространения фронта воздушной ударной волны, напряжение в волне сжатия, высота области, ширина области, длина области, высота сооружения, ширина сооружения, глубина сооружения, физико-механические характеристики грунтового массива (модуль деформации, объемный вес, коэффициент Пуассона, удельное сцепление, угол внутреннего трения), физико-механические характеристики материалов конструкции (объемный вес, коэффициент Пуассона, модуль упругости), исходные данные природного сейсмического воздействия на сооружение (число гармоник, максимальная амплитуда ускорений для каждой гармоники, время воздействия), исходные данные для моделирования сейсмовзрывного воздействия на сооружение (время прохождения волны сжатия на глубину z, эффективное время, время нарастания напряжения до максимальной величины, скорости распространения упругих и упругопластических деформаций), результаты обследования технического состояния специальных фортификационных сооружений и соответствующие заключения о возможности дальнейшей эксплуатации объектов после воздействия воздушной ударной волны заданной мощности (максимальное допустимое значение мощности воздушной ударной волны для сооружения с учетом его технического состояния), сведения о прошлых землетрясениях (магнитуда и эпицентральное расстояние района исследования).
Блок формирования дискретной модели расчетной области (2) предназначен для моделирования расчетной области местонахождения фортификационного сооружения на основе полученных данных от блока ввода параметров (1). Функциональное назначение блока формирования дискретной модели расчетной области (2) заключается в разбитии грунтового массива на гексаэдральные конечные элементы и разбитии конструкции фортификационного сооружения котлованного типа на оболочечные конечные элементы. Конечные элементы, составляющие грунтовый массив, характеризуются векторными параметрами, которые задаются блоком формирования дискретной модели расчетной области (2) - перемещениями, деформациями и напряжениями. Конечные элементы, составляющие фортификационное сооружение, характеризуются векторными параметрами, которые также задаются блоком формирования дискретной модели расчетной области (2) - усилиями и узловыми перемещениями. Кроме этого, блок формирования дискретной модели расчетной области (2) предназначен для синтеза матричных уравнений, описывающих динамическое поведение оболочечных конечных элементов.
Блок синтезирования акселерограммы (3) предназначен для формирования акселерограммы колебательного процесса, определяющего природное сейсмическое воздействие на котлованное специальное фортификационное сооружение. Получение акселерограммы блоком (3) осуществляется на основе полученных данных от блока расчета амплитудных параметров (4) и блока расчета сейсмических воздействий (6).
Блок расчета амплитудных параметров (4) предназначен для определения параметров акселерограммы по закону синуса на основе данных о гармониках колебаний, полученных от блока ввода параметров (1).
Блок расчета сейсмических воздействий (5) предназначен для определения спектральных скоростей сейсмических колебаний коренных пород и определения магнитуды и местоположения эпицентра моделируемого землетрясения на основе параметров прошлых землетрясений, полученных от базы данных землетрясений (6). Спектральные характеристики сейсмических параметров передаются блоком расчета сейсмических воздействий (5) в блок синтезирования акселерограммы (3) для формирования акселерограммы колебательного процесса.
База данных землетрясений (6) предназначена для хранения информации о параметрах прошлых землетрясений - магнитуде и эпицентрального расстояния района исследования. На основе указанной информации определяется спектральная скорость сейсмических колебаний коренных пород.
Блок моделирования сейсмовзрывного воздействия (7) предназначен для моделирования динамической нагрузки, оказывающей воздействие на котлованное специальное фортификационное сооружение. Блок моделирования сейсмовзрывного воздействия (7) выполняет определение максимального напряжения в направлении распространения волны сжатия, приложенной к деформированной расчетной схеме сооружения, полученной после моделирования расчетной области в блоке формирования дискретной модели расчетной области (2) и моделирования природного сейсмического воздействия на сооружение блоком синтезирования акселерограммы (3).
Блок определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) предназначен для формирования уравнений состояния, отражающих основные физические закономерности деформирования грунтовой среды и конструкции обделки специального фортификационного сооружения котлованного типа. Кроме этого, из автономного блока хранения данных по обследованию сооружений (9) в блок определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) поступает информация о степени защиты сооружения, определенной по результатам обследования технического состояния объекта (способность выдержать заданное расчетное значение избыточного давления на фронте воздушной ударной волны, проходящей над сооружением). Полученная информация от автономного блока хранения данных по обследованию сооружений (9) и блока формирования дискретной модели расчетной области (2) позволяет блоку определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) выполнять оценку степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений на основе сравнения значений избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, полученных при обследовании объекта и при моделировании сейсмических, а также сейсмовзрывных воздействий.
Автономный блок хранения данных по обследованию сооружений (9) предназначен для хранения информации, загружаемой оператором системы, о результатах обследования технического состояния специальных фортификационных сооружений и соответствующих заключений о возможности дальнейшей эксплуатации объектов после воздействия воздушной ударной волны заданной мощности.
Блок памяти (10) предназначен для хранения информации, формирования статистических данных по результатам моделирования сейсмического и сейсмовзрывного воздействий, по результатам оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений.
Блок отображения информации (11) предназначен для вывода информации и представления в наглядном графическом виде оператору системы сведений о результатах оценки степени защиты специальных фортификационных сооружений котлованного типа на основе введенных исходных параметров и информации, полученной путем обработки и расчета.
Предлагаемая автоматизированная система оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений функционирует следующим образом.
Оператором системы через дополнительные устройства ввода-вывода осуществляется ввод исходных параметров в блок ввода параметров (1). Характеристиками, значения которых вводятся в блок ввода параметров (1), являются: скорость распространения фронта воздушной ударной волны, напряжение в волне сжатия, высота расчетной области, ширина расчетной области, длина расчетной области, высота сооружения, ширина сооружения, глубина сооружения, физико-механические характеристики грунтового массива (модуль деформации, объемный вес, коэффициент Пуассона, удельное сцепление, угол внутреннего трения), физико-механические характеристики материалов конструкции (объемный вес, коэффициент Пуассона, модуль упругости), исходные данные природного сейсмического воздействия на сооружение (число гармоник, максимальная амплитуда ускорений для каждой гармоники, время воздействия), исходные данные для моделирования сейсмовзрывного воздействия на сооружение (время прохождения волны сжатия на глубину z, эффективное время, время нарастания напряжения до максимальной величины, скорости распространения упругих и упругопластических деформаций), сведения о результатах обследования технического состояния специальных фортификационных сооружений и соответствующих заключений о возможности дальнейшей эксплуатации объектов после воздействия воздушной ударной волны заданной мощности (в том числе, максимальное допустимое значение мощности воздушной ударной волны для сооружения с учетом его технического состояния), сведения о прошлых землетрясениях (магнитуда и эпицентральное расстояние района исследования). Данные значения параметров в зависимости от их назначения передаются блоком ввода параметров (1) в блоки формирования дискретной модели расчетной области (2), расчета амплитудных параметров (4), моделирования сейсмовзрывного воздействия (7), автономный блок хранения данных по обследованию сооружений (9) для решения конкретных задач, базу данных землетрясений (6).
Так, для формирования дискретной модели расчетной области блок ввода параметров (1) передает в блок формирования дискретной модели расчетной области (2) сведения о скорости распространения фронта воздушной ударной волны, напряжении в волне сжатия, высоте расчетной области, ширине расчетной области, длине расчетной области, высоте сооружения, ширине сооружения, глубине сооружения, физико-механических характеристиках грунтового массива (модуль деформации, объемный вес, коэффициент Пуассона, удельное сцепление, угол внутреннего трения), физико-механических характеристиках материалов конструкции (объемный вес, коэффициент Пуассона, модуль упругости).
Для расчета амплитудных параметров акселерограммы блок ввода параметров (1) передает в блок расчета амплитудных параметров (4) исходные данные о природном сейсмическом воздействии на сооружение -число гармоник, максимальную амплитуду ускорений для каждой гармоники, время воздействия.
Для моделирования сейсмовзрывного воздействия на котлованное специальное фортификационное сооружение блок ввода параметров (1) передает в блок моделирования сейсмовзрывного воздействия (7) исходные данные для моделирования сейсмовзрывного воздействия на сооружение -время прохождения волны сжатия на глубину z, эффективное время, время нарастания напряжения до максимальной величины, скорости распространения упругих и упруго пластических деформаций.
Для оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений путем сравнения значений избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, полученных при обследовании объекта и при моделировании сейсмических, а также сейсмовзрывных воздействий, блок ввода параметров (1) передает в автономный блок хранения данных по обследованию сооружений (9) сведения о результатах обследования технического состояния специальных фортификационных сооружений и соответствующих заключений о возможности дальнейшей эксплуатации объектов после воздействия воздушной ударной волны заданной мощности, в том числе - максимальное допустимое значение мощности воздушной ударной волны для сооружения с учетом его технического состояния.
Для хранения информации о параметрах прошлых землетрясений и использования ее для определения спектральных скоростей сейсмических колебаний коренных пород блок ввода параметров (1) передает в базу данных землетрясений (6) сведения о прошлых землетрясениях (магнитуда и эпицентральное расстояние района исследования).
На основе полученных данных от блока ввода параметров (1) блок формирования дискретной модели расчетной области (2) выполняет моделирование расчетной области местонахождения фортификационного сооружения путем разбития грунтового массива на гексаэдральные конечные элементы и разбития конструкции фортификационного сооружения котлованного типа на оболочечные конечные элементы.
Для всех конечных элементов, составляющих грунтовый массив, назначаются векторные параметры блоком формирования дискретной модели расчетной области (2) - перемещения, деформации и напряжения. Для всех конечных элементов, составляющих фортификационное сооружение, назначаются векторные параметры блоком формирования дискретной модели расчетной области (2) - усилия, узловые перемещения. Затем блоком формирования дискретной модели расчетной области (2) выполняется синтез матричных уравнений, описывающих динамическое поведение оболочечных конечных элементов, которые в математической интерпретации имеют вид:
где [m], [с], [k] - матрицы масс, вязкости и жесткости конечного элемента;
{U) - векторы узловых ускорений, скоростей и перемещений конечного элемента;
{f(t)} - вектор динамических узловых сил, действующих на конечный элемент.
На основе полученных данных от блока ввода параметров (1) о гармониках колебаний блок расчета амплитудных параметров (4) формирует амплитудные параметры акселерограммы по закону синуса в следующей зависимости:
где N - число гармоник;
i
a - максимальная амплитуда ускорений, задаваемая для каждой из гармоник;
t - текущее время;
τ - время воздействия.
Затем блок расчета амплитудных параметров (4) полученные амплитудные параметры передает в блок синтезирования акселерограммы (3).
Одновременно с этим процессом блоком расчета сейсмических воздействий (5) на основе сведений о параметрах прошлых землетрясений (магнитуде и эпицентральном расстояния района исследования), полученных от базы данных землетрясений (6) выполняется определение спектральных скоростей сейсмических колебаний коренных пород грунтового массива и определение магнитуды и местоположения эпицентра моделируемого землетрясения. При этом спектральная скорость сейсмических колебаний коренных пород определяется по зависимости:
где М - магнитуда расчетного землетрясения;
Δ - эпицентральное расстояние района исследования.
Затем блок расчета сейсмических воздействий (5) передает полученную информацию (спектральные скорости сейсмических колебаний коренных пород грунтового массива, магнитуду и местоположение эпицентра моделируемого землетрясения) в блок синтезирования акселерограммы (3).
На основе полученных данных от блока расчета амплитудных параметров (4), блока расчета сейсмических воздействий (5) блок синтезирования акселерограммы (3) выполняет формирование акселерограммы колебательного процесса, определяющего природное сейсмическое воздействие на котлованное специальное фортификационное сооружение. Сведения о полученной акселерограмме колебательного процесса блок синтезирования акселерограммы (3) передает в блок формирования дискретной модели расчетной области (2) для получения деформированной модели расчетной области после моделирования сейсмического воздействия на специальное фортификационное сооружение.
После получения исходных данных (время прохождения волны сжатия на глубину z, эффективное время, время нарастания напряжения до максимальной величины, скорость распространения упругих и упругопластических деформаций) от блока ввода параметров (1) блок моделирования сейсмовзрывного воздействия (7) для моделирования динамической нагрузки, оказывающей воздействие на котлованное специальное фортификационное сооружение, выполняет определение максимального напряжения в направлении распространения волны сжатия по зависимостям:
пов
mах
где ΔР - максимальное значение избыточного давления во фронте воздушной ударной волны на поверхности земли;
в
σ - максимальное напряжение в направлении распространения волны сжатия;
в
σ - напряжение в направлении распространения волны сжатия;
t - время прохождения волны сжатия на глубину z;
эф
τ - время эффективное;
нар в
t - время нарастания напряжения до максимальной величины определяется из условия, которое определяется из условий:
0
где а - скорость распространения упругих деформаций,
1
а - скорость распространения упругопластической деформации.
Значение максимального напряжения в направлении распространения волны сжатия блок моделирования сейсмовзрывного воздействия (7) передает в блок формирования дискретной модели расчетной области (2).
Блок формирования дискретной модели расчетной области (2) на основе полученных данных от блока синтезирования акселерограммы (3) и блока моделирования сейсмовзрывного воздействия (7) формирует и интегрирует методом Ньюмарка - [4] системы уравнений, описывающих динамическое поведение области решения:
где  {U} - столбцы-векторы узловых ускорений, скоростей и перемещений;
[М], [С], [К] - квадратные матрицы масс, вязкости и жесткости;
{P(t)} - столбец-вектор внешних динамических сил (природная сейсмика или ядерный взрыв);
{F} - столбец-вектор начальных узловых сил, обусловленный начальными напряжениями в элементах при их работе за пределами упругости.
При решении системы уравнений блок формирования дискретной модели расчетной области (2) определяет значения полей узловых перемещений, скоростей и ускорений, передает указанные значения в блок определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8).
Полученные значения полей узловых перемещений, скоростей и ускорений блоком определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) от блока формирования дискретной модели расчетной области (2) и максимальное допустимое значение мощности воздушной ударной волны для сооружения с учетом его технического состояния от автономного блока хранения данных по обследованию сооружений (9) позволяют блоку определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) определить усилия и деформации в конечных элементах, моделирующих конструкцию фортификационного сооружения котлованного типа, а также выполнять оценку степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений на основе сравнения значений избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, полученных при обследовании объекта и при моделировании сейсмических, а также сейсмовзрывных воздействий.
Блок определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) передает результаты оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений блоку памяти (10) и блоку отображения информации (11).
Блок памяти (10) получает результаты оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений и обеспечивает хранение информации, формирование статистических данных по результатам моделирования сейсмического и сейсмовзрывного воздействий, по результатам оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений. Также блок памяти (10) для проведения сверки достоверности расчетов передает сведения о результатах выполненных расчетов в блок определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8), для предоставления статистических данных о расчетах в наглядном виде передает сведения о результатах расчета в блок отображения информации (11).
Блок отображения информации (11) получает результаты оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений от блока определения напряженно-деформированного состояния конструкций (8) и получает статистические данные о результатах ранее выполненных расчетов от блока памяти (10), а также обеспечивает вывод и представление в наглядном графическом виде информации для оператора системы о результатах оценки степени защиты специальных фортификационных сооружений котлованного типа на основе введенных исходных параметров и информации, полученной путем обработки и расчета предложенной системой.
Таким образом, предлагаемая автоматизированная система является применимой для оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений и выдаче рекомендаций о необходимости восстановления технического состояния сооружения за счет оценки способности продолжения функционирования при моделировании воздействия избыточного давления во фронте воздушной ударной волны.
Поскольку создание и реализация автоматизированной системы оценки степени защиты котлованных специальных фортификационных сооружений не вызывает каких-либо технических трудностей, для предлагаемой системы характерна «промышленная применимость».
Использованные источники
1. Патент на изобретение РФ: RU 2442120 С2 «Способ оценки напряженного деформированного состояния горных пород и строительных сооружений и устройство для его осуществления» (Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности №4 от 10.02.2012 г.).
2. Заявка на изобретение 2020119772 от 16.06.2020 г. под названием «Способ прямого динамического расчета фортификационных сооружений котлованного типа на воздействие сейсмовзрывных волн с учетом природной сейсмики» (Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности №35 от 16.12.2021 г.).
3. Патент на изобретение РФ: RU 2716351 С1 «Система поддержки принятия решений по восстановлению зданий» (Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности №8 от 11.03.2020 г.). - прототип.
4. Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. Пер. с англ. - М.: Стройиздат, 1982. - 447 с.