Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of the Rayleigh quotient method in the analysis of stability of straight elastic bars

Czubacki Radosław, Lewiński Tomasz

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 4

85--98

EN

The paper deals with stability problems of straight elastic bars made of a homogenous isotropic material. The approach concerns both the bars of compact cross-sections and of thin-walled cross-sections, the transverse distortions being neglected. The stability analysis method developed for thin-walled bars in the paper: L. Zhang and G.S. Tong, “Flexural-torsional buckling of thin-walled beam members based on shell buckling theory”, Thin-Walled Structures, vol. 42 (2004), pp. 1665-1687 is here extended to the bars whose deformations obey the assumptions of the Vlasov-like theory. The approach proposed makes it possible to assess the values of critical loads causing: axial forces, bending moments, transverse forces and torques, possibly simultaneously. The main task is to perform maximization of the relevant Rayleigh quotient; its form is given for all rational shapes of the bar’s cross section. The paper shows how to assess critical axial buckling loads and lateral buckling loads of straight elastic bars made of a homogenous isotropic material.

PL

W pracy korzystamy z faktu, że teoria Własowa prętów cienkościennych o przekrojach otwartych została rozszerzona do postaci teorii typu Własowa odnoszącej się do praktycznie dowolnych kształtów profili pod warunkiem, że profile te nie doznają dystorsji poprzecznych przy typowych obciążeniach pręta. Struktura matematyczna modelu typu Własowa jest zgodna z oryginalnym modelem Własowa, natomiast charakterystyki przekrojowe są obliczane za pomocą innych formuł, które wymagają uprzedniego rozwiązania trzech pomocniczych zadań eliptycznych na obszarze określonym przez przekrój poprzeczny pręta. Ponadto zupełnie inne są wtedy formuły obliczania składowych stanu naprężenia na podstawie rozwiązań w ramach opisu jednowymiarowego, czyli całkowicie inny jest tzw. postprocessing tej metody. Matematyczna analogia między dwoma modelami teorio-prętowymi: Własowa i typu Własowa otwiera drogę do konstruktywnego rozwiązywania zadań stateczności: opisu wyboczenia giętno-skrętnego, wyboczenia od obciążeń skrętnych oraz zwichrzenia przy różnych możliwych warunkach brzegowych. Znane zadania stateczności prętów cienkościennych o przekrojach otwartych mogą być teraz uogólnione na przypadek prętów o dowolnych przekrojach zwartych, także niejednospójnych. Szczególnego znaczenia nabiera tu metoda maksymalizacji ilorazu Rayleigha, gdyż maksimum jest brane po trzech polach jednowymiarowych (dwa pola przemieszczeń i pole rozkładu kąta skręcenia), które spełniają warunki kinematyczne, są więc niezależne od nieznanego obciążenia krytycznego. Podkreślmy, że właśnie w tym tkwi istota metody ilorazu Rayleigha. W pracy podane są jawne postacie ilorazów Rayleigha odnoszące się do wybranych postaci obciążeń. Formuły te mają postać podobną do formuł z publikacji: L. Zhang, G.S. Tong, “Flexural-torsional buckling of thin-walled beam members based on shell buckling theory”, Thin-Walled Structures, vol. 42, pp. 1665-1687, 2004, dotyczącej teorii prętów Własowa o przekroju otwartym. Podane są metody maksymalizacji ilorazów Rayleigha zapewniające dowolnie wysoką dokładność wyników. Opracowana metoda dotyczy dowolnych warunków podparcia, jednakże porównania przeprowadzono w przypadku standardowych zadań stateczności prętów podpartych widełkowo (z blachami czołowymi które wprowadzają więzy dotyczące spaczenia od skręcania), których wyniki są znane i akceptowane.

2

Hyperloop - Civil engineering point of view according to Polish experience

Zobel Henryk, Pawlak Anna, Pawlik Marek, Żółtowski Piotr, Czubacki Radosław, Al-Khafaji Thakaa

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 1

5--26

EN

Idea to travel faster and faster is as old as human civilization. Different ways were used to move from point to point over centuries. The railways, cars, air-plains and rockets were invented. Each of them have limitations and advantages. Therefore, people always look for other, better solutions. One of them is “vacuum rail” moving inside a tube, known also as a Hyperloop. The number of problems to be solved is extremely high. This paper is devoted to civil engineering problems only e.g. viaducts, tunnels, stations. It is necessary to consider the kind of sub- and superstructure supporting the tube, influence of changes of ambient temperature and solar radiation, the way to ensure safety and structural integrity of the structures in case of fire, decompression of a structural tube and air-tightening, occurrence of accidents etc. Taking into account the fact that bridge and tunnel standards do not include information relating to above mentioned problems it is interesting to determine rules for design, construction and maintenance of such structures.

PL

Człowiek od zawsze przemieszczał się z miejsca na miejsce. Zawsze chciał robić to jak najszybciej. Dlatego wymyślił koło. Potem zastosował je w wozach, pociągach i samochodach. W miedzyczasie rozwinął konstrukcje pływające, a od przeszło stu lat unosi się w powietrzu i ostatnio w przestrzeni kosmicznej. Ale ciągle poszukuje nowych sposobów przemieszczania się. Takim pomysłem jest budowa „kolei próżniowej”. Pojazd ma poruszać się w rurze, w której panuje bardzo niskie ciśnienie, z predkością zbliżoną do prędkości dźwięku. Liczba problemów do rozwiązania jest bardzo duża. W niniejszym artykule przedstawiono tylko te, które dotyczą szeroko rozumianego budownictwa, a przede wszystkim infrastruktury, tj. wiaduktów, mostów i tuneli, stacji po których lub na których ma zostać ułożona rura, a w niej poruszać się tzw. hiper-pojazd. Podstawowym problemem jest zapewnienie szczelności takiej rurze, bowiem dekompresja może zniszczyć całą infrastrukturę i doprowadzić do śmierci pasażerów podróżujących hiper-pojazdami. Jest wiele czynników, które mogą doprowadzić do takiej sytuacji. Obecnie nie istnieją przepisy techniczne, na podstawie których można by projektować i budować konstrukcje dla infrastruktury Hyperloop i dlatego niniejszy artykuł jest próbą określenia stosownych założen i wskazania sposobów ich realizacji.

3

Obliczenia numeryczne przekryć Pragera

Czubacki Radosław, Dzierżanowski Grzegorz, Lewiński Tomasz

Inżynieria i Budownictwo

|

2021

|

R. 77, nr 1-2

80--84

PL

Artykuł dotyczy przekryć łukowych o minimalnym ciężarze (tzw. przekryć Pragera). Omówiono konstrukcje z łuków biegnących w dwu wzajemnie prostopadłych kierunkach, oparte na konturze o zmiennej wysokości i umieszczone nad prostokątnym obszarem projektowym. Algorytm rozwiązania polega na numerycznym określeniu współczynników rozwinięcia wielomianowego funkcji opisującej wyniosłość przekrycia optymalnego.

EN

In this work, we discuss archgrid vaults with minimum weight (so-called Pragerstructures). The study concerns structures composed of arches running in two, mutually perpendicular directions, supported at an uneven contour and roofing a given rectangular area. Solution algorithm is focused on numerical calculation of coefficients in the polynomial approximation of a function describing the elevation of optimal roofing.

4

Symulacje MES propagacji fali akustycznej w otoczeniu konstrukcji nawierzchni szynowej

Zbiciak Artur, Józefiak Kazimierz, Czubacki Radosław, Chacińska Patrycja

Przegląd Komunikacyjny

|

2020

|

R. 75, nr 9

8--14

PL

Hałas jest jednym z podstawowych problemów środowiskowych. Występuje głównie w obrębie dużych aglomeracji miejskich, negatywnie wpływając na samopoczucie, a przy długotrwałej ekspozycji – będąc szkodliwym dla zdrowia. Obszary, na których przebywają ludzie, w szczególności tereny związane z budownictwem mieszkaniowym, podlegają ochronie przed hałasem. Obowiązują tam określone dopuszczalne wartości poziomu dźwięku. Podobne regulacje dotyczą również cennych, naturalnych obszarów środowiskowych. Działania ochronne zmierzające do ograniczenia hałasu powinny dotyczyć przede wszystkim jego źródła. Jest to zadanie dla producentów maszyn, urządzeń i środków transportu, ale również dla projektantów konstrukcji stosujących odpowiednie zabezpieczenia akustyczne w obiektach budowlanych i inżynierskich. W przypadku hałasu emitowanego przez kolej, jego poziom emisji zależy od liczby, rodzaju i prędkości pociągów, struktury ruchu z podziałem na porę dzienną i nocną, a także od rodzaju torowiska i jego przebiegu (np. na nasypie, w wykopie, na wiadukcie albo na moście). Hałas kolejowy powstaje głównie na styku koła i szyny; zależy od chropowatości obu tych elementów, prędkości toczenia oraz charakterystyki dynamicznej toru. W pracy przedstawiono sformułowanie sprzężonego zagadnienia mechaniczno-akustycznego, którego rozwiązanie – przy wykorzystaniu metody elementów skończonych (MES) – pozwala na symulacyjne określenie poziomu ciśnienia akustycznego w dowolnym punkcie otoczenia konstrukcji nawierzchni szynowej. W celu symulacji zjawiska propagacji fali akustycznej wywołanej przejazdem koła pociągu zbudowano model numeryczny konstrukcji kolejowej nawierzchni podsypkowej. W obliczeniach wykorzystano program MES Abaqus. Przeprowadzono analizę harmoniczną w dziedzinie częstotliwości. W wybranych punktach modelu numerycznego badano zależność amplitudy ciśnienia akustycznego od częstotliwości wymuszenia. Następnie, wyniki przedstawiono w pasmach tercjowych. W artykule została omówiona metodyka przybliżonej oceny hałasu od ruchu kolejowego na podstawie analizy numerycznej. Przygotowany model zostanie w dalszych pracach zweryfikowany na podstawie pomiarów hałasu oraz – po ewentualnych modyfikacjach – zastosowany do oceny rozwiązań technologicznych mających na celu redukcję hałasu kolejowego (tłumiki torowe i tłumiki przyszynowe).

EN

Noise is one of the major environmental concerns nowadays. The problem is especially significant around large urban agglomerations where high levels of noise can have a negative impact on physical or psychological well-being of citizens while a long-term exposure can be harmful to health. Residential areas are protected by the introduction of maximum allowable sound pressure levels according to appropriate norms. There are also similar regulations concerning natural areas under environmental protection. Different measures used in order to reduce levels of noise should be applied primarily to the source of the sound. This is the task mainly for the manufacturers of all kinds of machines as well as means of transport. However, noise levels can be also controlled by the introduction of appropriately designed or chosen elements or materials in civil engineering structures. The noise levels emitted by the rail traffic depend on the number, kind and speed of trains, night and day traffic organization as well as on the type of the railroad structure and its location (e.g. on an embankment, on a bridge or flyover). Railway noise mainly develops between wheels and rails and depends on the roughness of both these elements, rolling speed and dynamic characteristics of the railroad. The paper presents the mathematical formulation of a coupled acoustic-structure problem. Solving the problem with finite element method gives the possibility to predict sound pressure levels in the vicinity of a railway structure. A numerical model of a certain type of a railroad structure was built in order to simulate the acoustic wave propagation caused by a wheel-rail interaction. The harmonic analysis was carried out using the Abaqus software. The acoustic pressure obtained based on the harmonic analysis was evaluated in certain points of the acoustic medium for various excitation frequencies. The final results were presented in the form of one-third octave bands. In the article, a possible methodology for estimating noise levels from railway structures based on a numerical analysis was shown. In the future works, the numerical model will be validated by field test data and applied to evaluate different types of technological solutions (silencers) used to reduce railway noise levels.