ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Аналитический расчет систем (конструкций, объектов) может заменяться экспериментом на модели, т.е. физическим моделированием. Существенные достоинства физического моделирования позволяют рекомендовать его для широкого внедрения в практику проектирования и исследования строительных конструкций. Само физическое моделирование представляет собой решение той же задачи, что и при аналитическом подходе, но при этом заранее известен план действий, позволяющий (практически) всегда придти к требуемому результату.

Решение задач методами физического моделирования, как правило, включает следующие этапы выполнения работ.

1. Подготовительный.

2. Постановка задачи.

3. Обработка исходных данных методами теории подобия (ставятся условия подобия натуры и моделей).

4. Проектирование (планирование) эксперимента на модели.

5. Изготовление моделей, приспособлений для загрузки и испытания, монтаж измерительной аппаратуры.

6. Проведение эксперимента на моделях.

7. Обработка экспериментальных данных

8. Переход от моделей к натуре (с помощью условий подобия).

9. Обобщение результатов единичного эксперимента на группу подобных конструкций.

10. Анализ результатов исследований.

11. Выводы и рекомендации.

Для того, чтобы исследование конструкций проводить на основе физического моделирования, необходимо знать законы этого моделирования, т.е. знать, как перейти от натурной конструкции к модельной и обратно. Эти законы устанавливаются с помощью теорий «Анализа уравнений» и «Анализа размерностей». При установлении законов моделирования необходимо различать две разновидности моделирования. К первой разновидности можно отнести такие конструкции, работа которых изучена теоретически и, следовательно, описывается известными уравнениями (например, дифференциальными уравнениями в частных производных). Для таких конструкций (т.е. натуры и модели) подобие можно установить, исходя из «Анализа уравнений». Ко второй разновидности моделирования можно отнести такие конструкции, работа которых теоретически изучена слабо или полностью не изучена и, следовательно, не может быть представлена в виде определенных уравнений. Для таких конструкций подобие можно установить, исходя из «Анализа размерностей» на основании p-теоремы размерностей. Однако следует иметь в виду, что в некоторых случаях «Анализ размерностей» может привести к неверным заключениям, а именно:

можно ошибиться, не добрав величин, которые характеризуют рассматриваемое явление;

в уравнениях связи встречаются иногда размерные постоянные величины, которые трудно обнаружить при подборе величин для анализа размерностей;

величины нулевой размерности выпадают из контроля анализа размерностей;

в анализ размерностей могут быть ошибочно включены величины, не относящиеся к рассматриваемому явлению;

анализ размерностей не может провести разделения величин одинаковой размерности, но имеющих различный физический смысл в уравнениях связи.

Анализ размерностей не учитывает условия однозначности явления, и поэтому не вводит моновалентов (определяющих критериев подобия) в критериальные уравнения, т.е. в методе «Анализа размерностей» отсутствуют прямые способы нахождения определяющих параметров. По существу этот метод применяется тогда, когда параметры задачи уже определены. Он дает слишком мало или вообще ничего не дает для исследования и проверки тех физических данных, которые используются для нахождения параметров, за исключением чисто интуитивного выбора их из системы физических характеристик. Анализ размерностей бессилен проверить соблюдение двух основных правил теории подобия.

1. Включать в рассмотрение все уравнения связи данного явления.

2. Не вводить никаких других уравнений, не относящихся к рассматриваемому явлению.

Из анализа размерностей не ясны способы определения безразмерных комплексов, наиболее важных для данной задачи, и нет никакой возможности установить, какие из них обеспечат лучшие соотношения для частных задач. Анализ размерностей не указывает условий, при которых можно пренебречь одним или несколькими комплексами, что является существенным для установления правил приближенного подобия и соотношения для сложных систем. Вместе с этим, анализ размерностей является простым и достаточно эффективным средством нахождения зависимостей в случаях, когда общая картина явления ясна и выяснена природа всех составных элементов системы. Например, в случаях с подобными уравнениями. Поскольку доказывать подобие в таких случаях не нужно (оно дано изначально), то достаточно просто найти безразмерные комплексы. Анализ размерностей - наилучший выбор в подобных случаях. Простой и эффективный, он позволяет достигать результата в наименьшее число шагов.