Issn молодой учёныйМеждународный научный журналВыходит два раза в месяц 10 (114) Редакционная коллегия bГлавный редактор
 Скачать 5.47 Mb.
|
|
. Май, 2016 г. Для установления эффективного угла наклона отражателя к гелиопокрытию для других регионов, где можно внедрить гелиотехнологию производства сборного железобетона, за основу необходимо принять данные климатологических справочников по углам наклона Солнца к горизонту ( α солн ) по месяцам года. Рис. 1. Углы наклона отражателя к гелиопокрытию Рассмотрим треугольник АВС (риса, в котором АВ высота плоского отражателя) и ВС (ширина в плане ге- лиопокрытия) равны между собой и обозначены Учитывая общеизвестные условия, что угол падения луча радиации солнца) равен углу отражения ( α пад = α отр ) и два угла у основания равнобедренного треугольника равны ( α отр = β, АС — основание треугольника, и обозначая угол отражателя к гелиопокрытию, обеспечивающему отражение падающего на его поверхность радиационного потока на всю ширину гелиопокрытия l через α l отр , имеем α отр + β + α l отр = 180 0 α отр = β = под = α l отр — α солн 2 ( α l отр — α солн ) + α l отр = 180 0 3 α l отр = 180 0 + 2 α солн α l отр = 60 0 + α солн (Таким образом, имея данные по углам наклона Солнца к горизонту для любой местности и используя (1) можно определить угол наклона отражателя, обеспечивающего отражение падающей на его поверхность солнечной радиации на всю ширину гелиопокрытия. С практической точки зрения важно установить расстояние, накоторое затеняется площадь полигона от отражателя, чтобы расположить следующий гелиостенд или ряд стендов, продольная ось которых параллельно первому или ряду их, чтобы исключить затенение поверхности гелиостендов. Из риса следует, что ВД и есть отрезок затенения в плоскости (обозначим его X) и зона в пространстве. Используя математическую аксиому, можно выразить где, α пад = α l отр — α солн = 60 0 — α солн Отсюда или В случае отражения солнечной радиации от отражателя на всю ширину гелиопокрытия лучи попадают на бетон под различными, но однозначно острыми углами в зависимости от угла Солнца к горизонту. Исследования показали, что интенсивность солнечной радиации можно увеличить еще на 10–20% при попадании отраженных от отражателя лучей на поверхность бетона под прямым углом (рис.1.б). В данном случае не охватывается вся ширина l гелиопокрытия, но это можно обеспечить некоторым удлинением отражателя. При соответствующем технико-экономическом обосновании с условием возможности увеличения плотности солнечной радиации для гелиотермообработке сборных железобетонных изделий, особенно в зимний период, такой шаг может быть оправдан. Рассматривая прямоугольный треугольник EFG, можно определить угол отражателя сотр, обеспечивающий максимальную интенсивность солнечной радиации, и отрезок Сна который будут отражаться солнечные лучи. Если считать, что α отр = под = сотр α солн то, сотр сотр α солн ) = 90 0 — сотр+ α солн 2 сотр+ α солн α с отр = 323 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May сотр+ α солн (3) C = сотр (Формула (4) позволяет также определить и спроектировать соответствующую высоту отражателя, обеспечивающую охват отраженными от него лучами всей ширины гелиопокрытия. Чтобы установить достоверность проведенных расчетов и выведенных формул, нами сопоставлены экспериментальные и расчетные данные. Для этого в течение года по месяцам в условиях Бухары в 13 00 час измеряли аль- бедометром с портативным гальванометром параметры установления отражателя (рис.2). Отметим, что некоторое превышение экспериментальных данных объясняется тем, что Бухара находится на широте 40 ° с. ша α солн принята за основу в расчётах для 42 0 с.ш. Таким образом, выведенные формулы позволяют привязать отражательные системы к действующими проектируемым гелиополигонам. Применение отражательных систем не может ограничиваться лишь полигонами по выпуску сборного железобетона. Рис. 2. Сопоставление экспериментальных и расчётных данных 1,2 — углы наклона Солнца к горизонту, ɑ солн по данным климатологического справочника и эксперимента 3,4 — сотр расчётный и экспериментальный 5,6 — ɑ l солн расчётный и экспериментальный Нами были поставлены эксперименты по сравнению различных материалов для их применения в плоских отражателей. Сравнивались обычное зеркало, металлизированная лавсановая пленка ПТЭФ, оцинкованный лист илист, покрытый белой эмалью. В экспериментах один за другим на стенде устанавливались плоские отражатели из различных сравниваемых материалов, таким образом, через альбедометр, установленный неподвижно на определенной плоскости замерять прирост интенсивности солнечной радиации в сравнении с естественной плотностью солнечного потока. Результаты замеров сведены в таблице Результаты показывают, что наиболее эффективными материалами для их применения в качестве поверхности для плоского отражателя являются обычное зеркало и металлизированная пленка ПТЭФ, прирост интенсивности солнечной радиации 145–148%. Однако стоимость зеркала более враз превысила стоимости металлизированной пленки. На приборе Пульсар устанавливался коэффициент отражения различных длин волн солнечного спектра, двух наиболее эффективных материалов, как ПТЭФ металлизированное и обычное зеркало. Результаты, приведенные на рис однозначно свидетельствуют об эффективности применения ПТЭФ метал- Таблица 1. Повышение плотности солнечной радиации при применении различных материалов в отражателях Наименование материала Процент увеличение интенсивности солнечной радиации Естественная плотность солнечной радиации Обычное зеркало (Aq) 148 3. ПТЭФ металлизированная под обычным стеклом мм Оцинкованный лист Тоже, покрытий белой эмалью Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. лизированной в качестве отражающего материала в области спектра 0.38–1.1 мкм. Поскольку, что немаловажно, в пределах λ особенно от 0,4 до 0,6 коэффициент отражения ПТЭФ растёт и находится в пределах 0.82–0.85, у обычного зеркала, соответственно. С дальнейшим ростом λ коэффициент отражения у ПТЭФ металлизированный растет и достигает, у зеркала коэффициент отражения наоборот понижается до величины Таким образом, установлена эффективность применения ПТЭФ металлизированной пленки в качестве отражающей поверхности плоских отражателей. Литература: 1. Усманов, Ф. Б. Повышение эффективности использования плоских отражателей при гелиотермообработке бетона В кн. Сборник научных трудов БухТИПиЛП, — Ташкент, 2014. С.71–76. Применение бруса в стропильных системах Федорец Алексей Вадимович, студент Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого В настоящее время в Российской Федерации наблюдается спад строительства из-за тяжелой экономической ситуации. Анализ и свод информации для проектирования и строительства домов, показал, что есть возможность улучшения качества строительства, а путем введения новых технологий и материалов, что позволит сократить затраты, а следовательно, сделать строительство более эффективным в данной экономической ситуации. Работа посвящена изучению ЛВЛ-бруса, в частности, балок, на примере ферм стропильной системы. За объект для расчетов взято здание Военной академия связи имени СМ. Будённого, реконструированное в 2014 году. В работе рассмотрены положительные и отрицательные характеристики ЛВЛ-балок, рассмотрены различные узлы, а также их архитектура. ЛВЛ появился в России относительно недавно, и пока не получил широкого применения. ЛВЛ является одной из разновидностей клееного бруса, который уже нашел применение в России в сооружении большепролетных конструкций. Обычный брус, больше 6 метров, изготавливают только по специальному заказу, а клееный можно сделать практически любой длины, но усложняется транспортировка. Также одной из разновидностью клееного бруса является гнутоклееный брус который, используется в современном строительстве для придания замысловатых сложных архитектурных форм конструкции. В частности, это загородные индивидуальные дома, спортивные центры и галереи. Одним из примеров использования таких конструкций выступает построенный недавно в Санкт-Петербурге аквапарк Питерленд, с самым большим куполом аквапарка в Европе (Рис Рис Коэффициенты отражения материалов в различных интервалах длин волн солнечного спектра 1 — ПТЭФ — металлизированная 2 — обычное зеркало 325 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Рис Купол аквапарка Диаметр купола 90 метров, высота 45 метров. Высота балки у основания достигает х метров. (Рис 2) Такую конструкцию невозможно было выполнить из цельного дерева. Рис. 2. Опора купола Помещение аквапарка находится в постоянных условиях повышенной влажности и из-за, этого металлические конструкции подвержены коррозии, поэтому вариант с клееным брусом был самый оптимальный. Данная конструкция покрыта специальной пленкой, повышенной прочности, по ней даже машина может ездить Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. и она не порвется (но ножом проколоть можно, каждое окно состоит из трех слоев пленки два слоя прозрачные, причем настолько прозрачны, что их и невидно, а один слой с узорами листочков клена, чтобы свет рассеивался. Эта пленка имеет уникальные свойства помимо того, что она ничего не весит, она отталкивает воду, пыль, снег, замечательно держит тепло, она еще и пропускает ультрафиолетовые лучи, благодаря чему, находясь в аквапарке, в любое время года можно загорать. Из стекла и металла подобная конструкция весила вне- сколько раз больше. Сама форма купола более сложна по сравнению с обычным пролетом. Проектирование фабрики ангаров с большими пролетами поставлено на потоки не составляет большого труда. Нов таких конструкциях крыша выполнена из металлического профильного листа, а он непрозрачный что требовалось в аквапарке для естественного освещения. Стекло необходимой прочности для удержания снеговой нагрузки имело бы в десятки раз больший вес по сравнению с металлом. И для использования аквапарка зимой пришлось бы ежедневно очищать крышу от снега, что достаточно опасно и затратно. Поэтому проектировщики выбрали форму купола, благодаря которой снег не скапливается на поверхности, а также пленку, которая очень мало весит. Благодаря данной концепции купол получился легкими воздушным. В тоже время он сделан очень прочным, чтобы противостоять сильным ветрам с моря. Воздушная прослойка между слоями пленки хорошо удерживает тепло. Атак же пленка не подвержена воздействию воды. В целом архитекторы выбрали наиболее удачный вариант, по моему мнению. Постановка цели и задачи Решаемой задачей является проведение расчетов в различных конфигурациях и с различными материалами конструкции. Выявление преимуществ и недостатков материала ЛВЛ-балок и древесины. Выбор наиболее экономически выгодной схемы конструкции. В работе использованы наиболее популярные материалы и их рыночные стоимости на 2016 год для последующего проведения анализа экономической эффектив- ности. Для расчетов будем использовать Систему автоматизированного проектирования (САПР) Autodesk Robot structural analysis professional, ранее мной неиспользованную и не изучаемую в нашем вузе. Знакомство с программным комплексом Autodesk Robot В нашем университете преподаются две программы для произведения расчетов, это SCAD office и ANSYS. SCAD office изучался достаточно подробно и длительное время, но программа долгое время не обновлялась под современные компьютеры, имела устаревший интерфейс, замедляющий работу в ней. В целом даже масштабные расчеты в МКЭ выполняла достаточно хорошо, но медленно, но бывали и случаи ошибок в самых простых балках и рамах. Вызвано это плохой оптимизацией и поддержкой, современные многоядерные процессоры могут обрабатывать намного быстрее, ноне использует их потенциал. Главным плюсом является наличие Российских ГОСТов и СНиПов. [5–6] ANSYS — ему было уделено намного меньше времени, в России не так популярен и используется мало, нов целом показал себя хорошо. Намного лучше использует вычислительные мощности компьютера за счет специализированной связи с графическим ядром NVIDIA. Графический процессор построен по другому принципу вот- личие от центрального процессора, в нем содержится враз большее число ядерно, с меньшей мощностью, что позволяет производить многопоточные вычисления параллельно в разных ядрах а, не по очереди как это делается в ЦП. Если говорит более простым языком-то для модели в МКЭ с 1000 узлами видеокарта будет обрабатывать каждый узел на своем ядре параллельно от других, а центральный процессор поочередно. Конечно, производительности враз мы не получим, так как узлы зависимы друг от друга и необходимо обмениваться данными между собой, но получить выигрыш в 2–4 раза возможно Рис 3) Я решил изучить новую программу от самого именитого производителя программного обеспечения для инженеров от компании Autodesk. Классический AutoCAD, Revit, Civil 3D используются повсеместно, и хорошо связываются между собой и очень удобны при проектировании, но переносить модели из них в другие комплексы не очень практично ив процессе возникает много ошибок, так как компании конкуренты не хотят сотрудничать в плане взаимодействия. Поэтому я решил выбрать Autodesk Robot structural, который должен хорошо подойти для этих задач. К тому же Autodeck еще лучше взаимодействует св вопросе многопоточных вычислений. Интерфейс напоминает смесь аи а, также сгруппированы элементы (балки, колонны, узлы, аналогичная таблица со свойствами элемента, а добавление элементов взято из CIVIL 3D. Человеку, легко обращающемуся сне составит труда разобраться и сразу перейти к работе. На выбор дается множество шаблонов для создания расчетной модели (Рис Построение расчетной модели, расчеты За объект для расчетов возьмем здание Военнаой ака- деми связи имени СМ. Будённого, в частности, главный корпус с односкатной стропильной системой. Возьмем чертежи из готового проекта. (Рис 5) 327 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Как мы видим основная стропильная нога состоит из двух смежных досок 150х50мм, такое сечение было выбрано компанией застройщиком, по их мнению, оно универсальное и используется во многих проектах. Это отчасти правда так как в такое сечение удобно крепить подкос. Стойки выполнены из бруса 150х150мм. (Рис 6, Рис 7, Рис Построение модели в е стандартное и не вызывает трудностей. Шаг 1 метр. За расчетную нагрузку включая, вес листового железа и обрешетки возьмем усреднено 250 кг/м. Распределим ее по стропильной ноге и зная что конструкция итак выдерживает данный вес перейдем к расчетам по второму предельному состоянию, то есть к прогибам. Рис Рис Диаграмма вычислительной мощности Рис. 4. Выбор типа расчетной модели Рис. 5. Разрез 1–1 Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. Рис. 6. Ферма конструкции Рис. 7. Ферма конструкции Рис. 8. Узел 1 329 Technical Sciences “Young Scientist” . #10 (114) . May Рис я расчетная схема Как мы видим, максимальный прогиб составляет мм, расстояние между этими балками мм, допустимый прогиб в стропильной ноге 1\200 что составляет мм, расчеты верны и удовлетворяют требованиям. Теперь заменим стропильную ногу на двутавровую балку. Возьмем одно из наименьших сечений 300W (Рис 10), и произведем расчеты (Рис Максимальный прогиб составил 7,7 мм что в 3 раза меньше допустимого. Теперь увеличим нагрузку в 3,5 раза до 800кг\м и выясним, выдержит ли конструкция. Рис Максимальный прогиб составил 24,6 мм что в пределах нормы. Теперь, изменим конструкцию убрав лишние опоры и изменим сечение на максимальное мм высотой. Расчеты выполним стандартной нагрузкой в 250кг\м (Рис Данная расчетная модель удовлетворяет всем требованиями позволяет сэкономить на расходе древесины на стойках. Рис. 10. Сечение балки Рис. 11. я расчетная схема Технические науки «Молодой учёный» . № 10 (114) . Май, 2016 г. Заключение Расчеты показывают что ЛВЛ-брус хорошо справляется с поставленной задачей перекрытия больших пролетов) Главным преимуществом ЛВЛ-бруса является большая несущая способность. Из этого вытекают другие положительные качества, такие как экономия строительного материала уменьшение трудозатрат на возведение, транспортировку, складирование и прочее увеличение скорости строительства) Оптимальное экономически выгодное решение, увеличение шага до 2–3 метров, что сэкономит расход материала и время возведения в разы, либо изменение геометрии для получения более эффективного результата. Программный комплекс Autodesk Robot structural analysis professional справился с поставленной задачей. Литература: 1. Социально-экономические итоги развития России в 2015 г. Аналитическая справка // Центр научной политической мысли и идеологии. URL: http://rusrand.ru/analytics/socialno-ekonomicheskie-itogi-razvitiya-ros- sii-v-2015-g-analiticheskaya-spravka (дата обращения 10.05.2016). 2. ЛВЛ-Брус // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ЛВЛ-Брус (дата обращения 10.05.2016). 3. Фурман, Е. И. Деревянные клееные конструкции в тренде всерьез и надо // АРДИС. — 2014. — № 57. — с. 10. 4. Питреленд // SkyscraperCity. URL: http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=441474&page=3 (дата обращения 10.05.2016). 5. Scad // Scadsoft. URL: http://scadsoft.com/ (дата обращения 10.05.2016). 6. Карпиловский, В. С. SCAD. Реализация СНиП проектирующих программах. — Киев Компас, 2001. — 180 с. Ansys // Ansys. URL: http://www.ansys.com/ (дата обращения 10.05.2016). 8. Ускорение расчетов в ANSYS Fluent с графическими процессорами NVIDIA // Ansys. URL: http://cae-expert.ru/ articles/uskorenie-raschetov-v-ansys-fluent-s-graficheskimi-processorami-nvidia (дата обращения 10.05.2016). 9. ANSYS // NVIDIA. URL: http://www.nvidia.ru/object/tesla-ansys-accelerations-ru.html (дата обращения 10.05.2016). 10. Параллельные_вычисления // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Параллельные_вычисления дата обращения Рис я расчетная схема Рис. 13. |