Челябинские учёные создали метод прогнозирования обрушения высотных труб с точностью до наноньютона

Учёные ЮУрГУ и компании «Спецвысотстройпроект» разработали метод расчёта обрушения высотных труб.

Исследователи Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) совместно с сотрудником компании «Спецвысотстройпроект» создали новый метод, позволяющий прогнозировать условия обрушения высотных труб. Как сообщили ТАСС в пресс-службе вуза, разработка точнее существующих аналогов в сотни раз.

Кто сделал: профессор Архитектурно-строительного института ЮУрГУ Александр Потапов, исследователь Артём Михайлов и Сергей Шматков из «Спецвысотстройпроекта».

Какова точность? Метод достигает точности 0,06 наноньютона. Для понимания: наноньютон — это одна миллиардная доля ньютона. Усилие, с которым падает снежинка, — это уже тысячи наноньютонов. То есть инженеры научились измерять практически неуловимые колебания. В сотни и более раз точнее, чем позволяли старые расчёты.

Как это работает? Суть метода — в оцифровке реальной физики. Высотную трубу виртуально разбивают на сотню кольцевых элементов с известными размерами и массой. Затем для всей конструкции строят матрицы масс, жёсткости и демпфирования (способности гасить колебания). Учитываются скорость, сила инерции, напряжения — всё, что обычно опускали в упрощённых моделях.

Особое внимание — ветру. Учёные представили ветровую пульсацию не как простой порыв, а как параболическое повторяющееся действие импульсов с плавным нарастанием и спадом поперечно потоку ветра. Резонанс смоделировали так, что ветер дует то слева, то справа, с определённой периодичностью. Это максимально приближено к реальности.

Где опробовали? Метод уже прошёл боевое крещение. В качестве испытательного образца использовали трубу котельной в Красноперекопске (Республика Крым). Расчёты показали: труба высотой 180 метров под действием ветра может раскачиваться, отклоняясь почти на полтора метра. Особую опасность при этом представляет ветровой резонанс — когда частота ветра совпадает с собственной частотой колебаний трубы, и амплитуда начинает расти лавинообразно.

Разработка предназначена в первую очередь для высотных труб, но может применяться и для объектов ветроэнергетики, башен связи, мачт и других высотных сооружений.