Идеальный газ в расчете конструкций

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст

Теоретически идеальный газ состоит из свободно движущихся частиц массы без расширения в объемном пространстве. В этом пространстве каждая частица движется со скоростью в одном направлении. Столкновение одной частицы с другой частицей или ограничения объема приводит к отклонению и изменению скорости частиц.

Состояние замкнутого газа можно описать с помощью данных предположений о термодинамическом равновесии. В результате получается следующее общее уравнение газа:
p ∙ V = n ∙ R ∙ T
с переменными состояния
p = сжатие
V = твердое тело
n = молярное количество
R = универсальная газовая постоянная
T = температура

Свойства идеальных газов

Сохраняя определенные константы состояния в общем уравнении газа, получаются специальные свойства идеального газа. Знакомство с этими свойствами помогает использовать идеальные газы в расчете конструкций и помогает имитировать определенные состояния нагрузки соответственно.

Изотермическое изменение состояния (Boyle-Mariotte)
Если постоянны переменные T и n и увеличивать приложенное давление p, объем V рассматриваемого блока газа уменьшается.

Применяется следующее:
$\begin{array}{l}\mathrm p\;\sim\;\frac1{\mathrm V}\\\mathrm p\;\cdot\;\mathrm V\;=\;\mathrm{const}\\\frac{{\mathrm p}_1}{{\mathrm p}_2}\;=\;\frac{{\mathrm V}_2}{{\mathrm V}_1}\end{array}$

Изменение изобарического состояния (Gay-Lussac)
Если величины p и n сохраняются постоянными, а действующая температура T возрастает, объем V рассматриваемого блока газа увеличивается.

Применяется следующее:
$\begin{array}{l}\mathrm V\;\sim\;\mathrm T\\\frac{\mathrm V}{\mathrm T}\;=\;\mathrm{const}\\\frac{{\mathrm V}_1}{{\mathrm V}_2}\;=\;\frac{{\mathrm T}_1}{{\mathrm T}_2}\end{array}$

Изохорическое изменение состояния (атотоны)
Если значения V и n сохраняются постоянными, а действующая температура T увеличивается, давление p в соответствующем блоке газа увеличивается.

Применяется следующее:
$\begin{array}{l}\mathrm p\;\sim\;\mathrm T\\\frac{\mathrm p}{\mathrm T}\;=\;\mathrm{const}\\\frac{{\mathrm p}_1}{{\mathrm p}_2}\;=\;\frac{{\mathrm T}_1}{{\mathrm T}_2}\end{array}$

Применение в расчете конструкций

При расчете конструкций замкнутые газы обычно используются для передачи внешних сил. Требование здесь состоит в том, что локально действующая сила в определенном месте на твердой оболочке может транспортироваться через захваченный газ по всем другим сторонам сплошной оболочки.

Данное свойство используется, например, для изоляционных стеклянных панелей или задуваемых мембранных подушек. В обоих случаях, твердая оболочка, состоящая из конструктивных элементов, описана и заполнена газом. Для изоляционных стеклянных панелей, ограничение объема состоит из жестких оболочечных элементов и мембранных мембран из нежестких мембранных элементов. Тем не менее, в обоих случаях, ветровая или снеговая нагрузка действует с одной стороны ограничения объема и передается через окружающий газ в смежные пределы объема.

В условиях нагрузки, рассматриваемых в строительной отрасли, температура не меняется внезапно, идеальный газ с изотермическими свойствами состояния, как правило, моделируется в твердой оболочке.

Внедрение в RFEM

Определения твердых тел доступны в RFEM. Данные объемы описаны в отношении окружающих поверхностей. В такой твердой ячейке, состоящей из окружающей оболочки и твердых компонентов, можно ввести определение объема с помощью типа Gas. Полученный объем газа требует описания окружающего газа и определения переменных состояния атмосферы. Переменные состояния атмосферы не влияют на замкнутое тело и описывают только начальную ситуацию для моделирования.

Pисунок 01 - Работа газа в теле типа газ

В назначенных загружениях для каждого объема газа может применяться соответствующая твердая нагрузка. Для моделирования открытых или закрытых твердых веществ, можно указать полученные давления / твердые тела или изменения давления / объема.

Литература

[1] Википедия: идеальный газ
[2] Википедия: Термическое уравнение состояния идеальных газов
[3] Вагнер Р.: Строительство канатами и мембранами. Berlin: Beuth, 2016

Ключевые слова

Объем газа PV SDR Климат Подушка Изотермическая Промежуточное пространство стеклянной панели

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD