Численное моделирование и цифровой математический aнализ при исследовании сложных систем

Актуальность. Внедрение системы импортозамещения требует увеличения сельскохозяйственных угодий. Осуществление сельскохозяйственной деятельности на богаре не зарекомендовало себя как целесообразное и эффективное. Гарантированное получение стабильного урожая возможно при обязательном орошении согласно технологической карте. Необходимо создание автоматизированных систем водораспределения и полива и рационального использования водных ресурсов при реализации самого орошения.

Объект. Объектом исследований является сложная система «водовод – грунтовое основание – нагрузка от автомобиля» и напряженно-деформированное состояние грунтового массива вокруг водовода.

Материалы и методы. Исследования проводились с использованием метода конечных элементов. Численное моделирование осуществлялось с применением программного обеспечения Midas GTS NX. Для цифрового математического анализа большого объёма цифр использовалось зарекомендовавшее себя программное обеспечение wxMaxima. Данные программного обеспечения позволяют верифицировать, насколько точно компьютерная модель представляет лежащую в ее основе математическую модель при воспроизводстве теоретических решений. На следующем этапе модель подвергается валидации, когда определяется, насколько достоверно компьютерная модель представляет реальный объект.

Результаты и выводы. При исследовании работы сложной системы «водовод – грунтовое основание – нагрузка от автомобиля» и определении напряженно-деформированного состояния грунтового массива установлено, что значение функции отклика определяется в значительной степени усилием на водовод от автомобиля, функция слабо реагирует на высоту глинистого грунта над водоводом; с увеличением нагрузки степень воздействия на функцию отклика остается постоянной; при усилии в 40 т вертикальное напряжение достигает экстремума по минимуму которое составляет 350,38 кН/м² при высоте грунта над водоводом 0,82 м; при усилии в 20,25 т функция напряжений также стремится к экстремуму по минимуму; с уменьшением усилий от автомобиля находящегося над водоводом приращения по напряжениям возрастают; при усилии в 40 т приращение по функции составляет 1,39 кН/м², при усилии в 20,5 т – 6,43 кН/м², а при усилии в 5 т – 10,06 кН/м²; взаимосвязь изменения вертикальных напряжений TOTAL S-YY в грунтовом массиве водовода от усилий на грунт от автомобиля линейна; при наименьшем усилии от автомобиля на водовод в 5,0 т вертикальное напряжение достигает наименьшего значения при наименьшей высоте грунта над сооружением в 0,5 м, что составляет 288,14 кН/м². При усилии на водовод в 40 т вертикальное напряжение достигает наибольшего значения при наибольшей высоте грунта над сооружением в 1,2 м, что составляет 352,55 кН/м². Предложенный алгоритм может быть использован при разработке проектной документации при устройстве водопропускных систем.

1. Абдразаков Ф. К., Дегтярев В. Г., Коженко Н. В. Анализ основания мелиоративной плотины при работе в напорно-переменном режиме // Аграрный научный журнал. 2021. № 8. С. 82-86.

2. Абдразаков Ф. К., Панкова Т. А., Щербаков В. А. Факторы, влияющие на эксплуатационное состояние гидротехнических сооружений // Аграрный научный журнал. 2016. № 10. С. 56-61.

3. Абдразаков Ф. К., Дегтярев В. Г., Дегтярев Г. В. Цифровое моделирование и анализ перемещения основания гидромелиоративной плотины в перспективной технологии формирования ресурсов воды //Аграрный научный журнал. 2022. № 6. С. 82-87.

4. Бандурин М. А. Совершенствование методов проведения эксплуатационного мониторинга и определения остаточного ресурса водопроводящих сооружений // Мелиорация и гидротехника. 2013. № 1 (09). С. 68-79.

5. Безопасность сооружений инженерной защиты долины реки Псекупс с учетом изменившихся во времени нагрузок и воздействий / В. А. Волосухин [и др.] // Природообустройство. 2022. № 5. С. 52-59.

6. Васильев С. М. Водосберегающие технологии орошения и рациональное использование водных ресурсов в АПК России // Современные проблемы развития мелиорации и пути их решения (Костяковские чтения). 2020. С. 6-11.

7. Дегтярев Г. В., Свистунов Ю. А. Низконапорные гидроциклоны-осветлители вод поверхностного стока. 2005.

8. Дегтярева О. Г., Васильев С. М. Численное моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния основания плотины сезонного регулирования // Мелиорация и гидротехника. 2021. Т. 11. № 2. С. 92-110.

9. Информационные технологии и математическое моделирование при проектировании берегозащитных сооружений / Т. Ю. Хаширова [и др.] // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 9. С. 13-17.

10. Моделирование и расчет железобетонных конструкций здания в программном комплексе STARK ES / Г. В. Дегтярев [и др.]. 2018.

11. Моделирование напряженно-деформированного состояния водопроводящих сооружений на примере гидроузла Сальского водохранилища / М. А. Бандурин [и др.] // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 8-1. С. 22-26.

12. Моторная Л. В., Хаджиди А. Е. Рациональное водопользование и экологическая безопасность оросительных систем // Международный сельскохозяйственный журнал. 2022. № 2 (386). С. 161-164.

13. Применение численного моделирования для расчета ветрового волнения на Крюковском водохранилище / И. А. Приходько [и др.] // Мелиорация и гидротехника. 2023. Т. 13. № 2. С. 353-378.

14. Экспериментальное исследование механических свойств низового клина низконапорной дамбы в условиях повышения уровня паводковых вод / М. А. Бандурин, В. А. Волосухин, И. А. Приходько, А. Ю. Вербицкий // Construction and Geotechnics. 2023. Т. 14, № 1. С. 111-122.

15. Khashirova T. Y., Olgarenko I. V., Kozhenko N. V. The influence analysis of the structures and applied software systems’ soil foundations design models // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2020. V. 913. № 2. P. 022050.

16. Olgarenko V. I., Khashirova T. Y., Kozhenko N. V. Assessment of the damage impact to particular water structures on their performance // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2020. V. 913. № 2. P. 022054.

17. Resource-saving technologies and some proposals for the creation of automated reclamation systems / Z. G. Lamerdonov [et al.] // Ecology and Industry of Russiathis link is disabled. 2021. V. 25. № 7. P. 8-12.