Оценка уязвимости и структурной прочности исторических стеклянных фасадов под птицей

Дата: 31 августа 2023 г.

Авторы: Кьяра Бедон и Мария Виттория Санти.

Академический редактор:Франческо Заммори

Источник: Математические проблемы в технике, вып. 2022, номер статьи 6059466, 20 страниц, 2022, хидави

ДОИ:https://doi.org/10.1155/2022/6059466

Анализ столкновения с птицами имеет особое значение для авиастроения, где основные компоненты крыла или фюзеляжа могут пострадать из-за возможного столкновения на этапе полета и привести к серьезным структурным повреждениям. С этой целью Федеральные авиационные правила требуют проведения специальных испытаний и сертификации на устойчивость к ударам птиц. В строительстве стекло также широко используется для изготовления вертикальных и горизонтальных несущих компонентов. В таком контексте проектирования конструкций основное внимание уделяется давлению ветра, сейсмическим нагрузкам, воздействиям толпы и человеческого тела (т. е. для предотвращения падения) или даже взрывам, а удары птиц не принимаются во внимание. анализа из-за их ожидаемой ограниченной силы удара и воздействия на стекло.

В данной статье исследуется такая тема, свидетельствующая о динамической реакции существующего стеклянного фасада, построенного в 60-х годах как часть музея в Италии. Анализ уязвимостей проводится с помощью эффективных в вычислительном отношении численных моделей конечных элементов (FE), предназначенных для комплексного использования при столкновении с птицами, а также на основе предварительных механических характеристик, полученных в ходе полевых геометрических проверок и экспериментов по оперативному модальному анализу (OMA). Локальные и глобальные динамические эффекты, вызванные локализованным столкновением птиц с исследуемым стеклянным фасадом, обсуждаются на основе параметрического численного анализа с использованием метода связанного эйлерова лагранжа (CEL).

Анализ столкновений с птицами и прогнозирование повреждений имеют особое значение для применения в авиационной технике, где основные компоненты крыльев или фюзеляжа могут пострадать из-за возможного столкновения с птицами на этапе полета и привести к серьезным структурным повреждениям компонентов самолета. С этой целью Федеральные авиационные правила (FAR) предоставляют эталонные показатели производительности для компонентов, обращенных вперед, и требуют специальной оценки устойчивости к ударам птиц (обычно на основе сертификационных испытаний). В течение многих лет научные исследования были сосредоточены на оценке и разработке эффективных и надежных численных подходов на основе конечных элементов (FE), которые можно было бы использовать для поддержки или замены экспериментов, и несколько подходов были приняты во внимание для конкретных приложений в конструкции и технологиях самолетов. [1–4]. Среди существующих исследований была отмечена уязвимость компонентов самолета к этому типу высокоскоростного воздействия на мягкий корпус.

В строительстве стекло также широко используется для изготовления вертикальных и горизонтальных несущих элементов [5]. Специально для фасадных применений в настоящее время доступно несколько технических документов и руководств, помогающих проектировщикам предотвратить возможное повреждение и выход из строя стеклянных панелей при обычных проектных действиях и даже воздействиях [6]. В таком контексте структурного проектирования зданий основное внимание исследований стеклянных фасадов и ограждающих конструкций уделяется анализу, модернизации и/или смягчению максимальных эффектов, вызванных воздействием ветра [7–9], сейсмических нагрузок [10–10]. 14], воздействие толпы/человеческих тел [15–20] (где следует предотвратить потенциальный риск выпадения из людей, находящихся в здании), или даже взрывов [21–24] и множественных опасностей [25], а скорее нулевых. Предлагается учитывать анализ ударов птиц, который часто связан с незначительными/ограниченными ударными силами и воздействием на компоненты стекла. Хотя это верно для большинства современных и вновь разработанных применений структурного стекла, в которых учитываются конкретные подходы к расчетам с учетом обычных обычных действий и случайных событий в зданиях, следует уделять пристальное внимание существующим и даже историческим компонентам стекла, которые не были специально задуман для обеспечения любой несущей способности, но реализован только в виде ненесущих компонентов.