2641x
001507
2018-02-20

Идеальный газ в расчете конструкций

Теоретически, идеальный газ состоит из свободно движущихся частиц массы без расширения в объемном пространстве. В таком пространстве каждая частица движется со скоростью в одном направлении. Der Stoß eines Teilchens an ein anderes Teilchen oder die Volumenbegrenzungen führt zu einer Ablenkung und Veränderung der Geschwindigkeit der Beteiligten.

Состояние включенного газа можно описать, при следующих предположениях, посредством термодинамического равновесия. Таким образом мы получим следующее общее уравнение газа:
p ∙ V = n ∙ R ∙ T
где параметры состояния
p = давление
V = объем
n = количество вещества
R = универсальная газовая постоянная
T = температура

Свойства идеальных газов

Если определенные параметры состояния в общем уравнении газа постоянны, то проявляются специальные свойства идеального газа. Знание данных свойств может помочь в применении идеальных газов в расчете конструкций и в правильном моделировании определенных загружений.

Изотермическое изменение состояния (Бойль-Мариотт)
Если постоянны переменные T и n и действующее давление p увеличивается, то объем V рассматриваемой единицы газа уменьшается.

При этом действительно следующее:

Изобарическое изменение состояния (Гей-Люссак)
Если величины p и n постоянны, а действующая температура T возрастает, то объем V рассматриваемой единицы газа увеличивается.

При этом действительно следующее:

Изохорическое изменение состояния (Амотонс)
Если значения V и n постоянны, а действующая температура T увеличивается, то давление p соответствующей единицы газа увеличивается.

При этом действительно следующее:

Применение в расчете конструкций

При расчете конструкций включенные газы обычно используются для передачи внешних сил. Требование при этом состоит в том, что локально действующая сила в определенном месте на оболочке тела может передаваться через включенный газ по всем другим сторонам оболочки тела.

Данное свойство используется, например, у изоляционных стеклянных панелей или надувных мембранных подушек. В обоих случаях оболочка тела состоит из элементов, способных передавать нагрузку, и заполнена газом. У изоляционных стеклянных панелей ограничение тела состоит из жестких на изгиб оболочечных элементов, а у мембранных подушек из нежестких на изгиб мембранных элементов. При этом, в обоих случаях, ветровая или снеговая нагрузка действует с одной стороны оболочки тела и передается через включенный газ смежным ограничивающим элементам.

Поскольку в случаях нагружения, рассматриваемых в строительстве, температура не изменяется мгновенно, то, как правило, в оболочке тела моделируется идеальный газ с изотермическими параметрами состояния.

Применение в программе RFEM

Твердые тела можно задать в программе RFEM. Данные тела ограничены прилегающими поверхностями. В такой объемной ячейке, состоящей из окружающих оболочечных и твердых элементов, можно ввести тело со свойством Газ. Для полученного тела необходимо задать включенный газ и определить параметры атмосферного состояния. Параметры атмосферного состояния не влияют на замкнутое тело и определяют только начальную ситуацию для моделирования.

В назначенных загружениях для каждого тела со свойством газа можно ввести соответствующую нагрузку. Для моделирования открытых или закрытых твердых тел, можно указать результирующие давления/объемы или изменения давления/объема.

Литература

[1]Википедия: Идеальный газ
[2]Википедия: Уравнение состояния идеального газа
[3] Wagner, R .: Bauen mit Seilen und Membranen. Берлин: Beuth, 1993

Автор

Г-н Нимейер отвечает за разработку программ RFEM, RSTAB, RWIND Simulation, а также за расчеты мембранных конструкций. Кроме того, он обеспечивает также контроль качества наших программ и поддержку пользователей.

Ссылки
Скачивания


;