Научная статья на тему 'Аналитическое определение параметров прочности грунтов по числу ударов падающего груза динамического прибора'

Аналитическое определение параметров прочности грунтов по числу ударов падающего груза динамического прибора Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
155
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭНЕРГИЯ УДАРА / ПАДАЮЩИЙ ГРУЗ / УДАРНОЕ ПОГРУЖЕНИЕ / КАТЕГОРИЯ ПРОЧНОСТИ ГРУНТОВ / ДИНАМИЧЕСКИЙ ПРИБОР

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Тарасов В. Н., Бояркина И. В., Бояркин Г. Н.

Установлена аналитическая связь числа ударов с энергией сил тяжести падающего груза и прибора. Энергия, реализуемая при ударе по стержню, имеет две составляющие: энергия свободного падения груза при движении относительно корпуса, которая возникает до момента удара о буртик и энергия сил тяжести груза и корпуса, которая возникает дополнительно при вертикальном опускании на глубину погружения стержня в переходном процессе. Прочность грунта численно определяется по величине нормальных напряжений на торце стержня, погружаемого в грунт. Численное определение нормальных напряжений выполнено при помощи теоремы об изменении количества движения механической системы и теоремы об изменении кинетической энергии. Установлена идентичность численных значений величины нормального напряжения на торце стержня и удельной энергии процесса ударного погружения цилиндрического стержня в испытуемый грунт. Получена аналитическая связь энергии удара и параметров прочности грунта с параметрами динамического прибора: массой падающего груза, массой корпуса прибора, высотой падения груза, глубиной погружения стержня, геометрическим параметром прибора. Впервые для ударного прибора по теореме Карно определена потеря кинетической энергии и КПД процесса удара падающего груза при прямом неупругом ударе двух тел. Определены значения удельной энергии деформации грунта и нормальных напряжений под плоским торцем стержня для категорий грунтов в функции числа ударов динамического прибора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Тарасов В. Н., Бояркина И. В., Бояркин Г. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Аналитическое определение параметров прочности грунтов по числу ударов падающего груза динамического прибора»

8. Denisova L.A., Meshcheryakov V.A. Automatic parametric synthesis of a control system using the genetic algorithm // Automation and Remote Control. 2015. Т. 76, № 1. С. 149-156.

9. Сорокин В.Н., Захаренков Н.В. Исследование активной пневматической системы демпфирования продольно-угловых колебаний автотранспортных средств // Вестник СибАДИ. 2004. № 2. С. 86-90.

10. Yong C., Virech W., David GZ. Investigation of Helicopter Seat Structural Dynamics for Aircrew Vibration Mitigation // J. of the American Helicopter. 2011. Vol. 56, no. 1. P. 72-78.

УДК 621

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЧНОСТИ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ УДАРОВ ПАДАЮЩЕГО ГРУЗА ДИНАМИЧЕСКОГО ПРИБОРА

ANALYTICAL DETERMINATION OF SOIL STRENGTH PARAMETERS BY THE NUMBER OF IMPACTS OF THE FALLING LOAD OF THE DYNAMIC DEVICE

В. Н. Тарасов1, И. В. Бояркина1, Г. Н. Бояркин2

'Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, г. Омск, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

V. N. Tarasov1, I. V. Boyarkina1, G. N. Boyarkin2

'Siberian State Automobile and Highway University, Omsk, Russia

2Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Установлена аналитическая связь числа ударов с энергией сил тяжести падающего груза и прибора. Энергия, реализуемая при ударе по стержню, имеет две составляющие: энергия свободного падения груза при движении относительно корпуса, которая возникает до момента удара о буртик и энергия сил тяжести груза и корпуса, которая возникает дополнительно при вертикальном опускании на глубину погружения стержня в переходном процессе. Прочность грунта численно определяется по величине нормальных напряжений на торце стержня, погружаемого в грунт. Численное определение нормальных напряжений выполнено при помощи теоремы об изменении количества движения механической системы и теоремы об изменении кинетической энергии. Установлена идентичность численных значений величины нормального напряжения на торце стержня и удельной энергии процесса ударного погружения цилиндрического стержня в испытуемый грунт. Получена аналитическая связь энергии удара и параметров прочности грунта с параметрами динамического прибора: массой падающего груза, массой корпуса прибора, высотой падения груза, глубиной погружения стержня, геометрическим параметром прибора. Впервые для ударного прибора по теореме Карно определена потеря кинетической энергии и КПД процесса удара падающего груза при прямом неупругом ударе двух тел. Определены значения удельной энергии деформации грунта и нормальных напряжений под плоским торцем стержня для категорий грунтов в функции числа ударов динамического прибора.

Ключевые слова: энергия удара, падающий груз, ударное погружение, категория прочности грунтов, динамический прибор.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-135-142

I. Введение

В механике для определения прочности грунтов и материалов используют способ ударного погружения цилиндрического стержня заданной длины и диаметра в испытуемые грунты и материалы.

Коллектив авторов Se-Na Lee, Bum-Jae You, Mee-Seub Limb, Sang- Rok-Oh, Song-Soo Han, Sang Heon Lee в работе [1] исследуют процесс создания блочного основания путем погружения свай в грунт. Для визуального наблюдения процесса погружения сваи используется высокоскоростная линейно-сканирующая камера. Условия погружения характеризуются уровнем частоты колебаний 20 кГц, при котором возможен отскок ударной части от сваи при окончании процесса забивки, который называют «отказы сваи».

Авторы Charles P. Aubeny, Han Shi в работе [2] исследовали влияние скорости падающего груза, прочности грунта на процесс внедрения в морское дно цилиндрического стержня. Авторы установили, что глубина проникновения в морское дно тела цилиндрической формы зависит от скорости внедрения ударной массы. Расчетные модели внедрения цилиндрических тел в морское дно учитывают действующие силы, скорости и деформации. Упрощенные модели способны обеспечить близкое совпадение с результатами лабораторных испытаний. В работе [2] не раскрывается величина ошибки, получаемая в результате аналитического моделирования.

U. Dayal в работе [3] исследовал прибор для определения глубины внедрения цилиндрического тела с конусным штампом на торце. По результатам испытания прибора со свободно падающим грузом предложены аналитические зависимости, характеризующие глубину внедрения цилиндрического тела с учетом сопротивления на конусном торце и трения втулки.

В работе [4] авторы В.Н. Тарасов, С.М. Кузнецов рассматривали процесс погружения цилиндрического стержня в грунт свободно падающим грузом на заданную глубину. Аналитически решена задача определения напряжений на боковой поверхности грунтового конусного ядра, образующегося под плоским торцем внедряемого стержня. Установлено, что на конусной поверхности у торца стержня нормальные напряжения в 2 раза меньше, чем нормальные напряжения под плоским торцем стержня.

В работе [5] И.В. Бояркина при помощи динамического прибора рассматривает процесс погружения в грунт цилиндрического стержня на заданную глубину свободно падающим грузом. Установлено, что полная работа при погружении цилиндрического стержня равна работе свободно падающего груза массой mi при свободном падении и работе двух масс: груза массой m1 и массы m2 корпуса прибора при перемещении стержня на заданную глубину. Определена связь числа ударов падающего груза с сопротивлением грунта черпанию при его разработке ковшовыми рабочими органами.

А.Н. Зеленин на основе динамического прибора стандартной конструкции [6] разработал классификацию категорий прочности грунтов по числу ударов динамического прибора. Прибор и предложенная классификация грунтов оказались удачными и получили широкое применение на практике. Однако дальнейшее совершенствование прибора и расширение области его применения сдерживается отсутствием теории процессов, происходящих при ударном взаимодействии стержня прибора с грунтом в процессе удара. В работе [6] отсутствуют аналитические выражения баланса энергии активных сил тяжести прибора и выражения работы сил сопротивления при ударном погружении стержня в грунт при одном ударе.

Выполненный обзор показывает, что число ударов падающего груза в приборе характеризуют прочность и пропорциональны прочности грунта, при этом параметры грунта нормированы в ГОСТ 30067-93 [7]. Отсутствие аналитических выражений, характеризующих процесс удара, объясняется отсутствием в ГОСТ 30067-93 сведений о массе корпуса прибора для замера прочности грунта и размеров элементов прибора, которые эту массу характеризуют. Массу mi падающего груза и массу m2 корпуса прибора необходимо нормировать определенными величинами, т.к. они являются важными параметрами динамического прибора.

Аналитические выражения, характеризующие рабочий процесс прибора, необходимы для дальнейшего расширения сферы применения прибора, например, для определения характеристик прочности грунта при уплотнении различными статическими и вибрационными методами.

II. Постановка задачи

На основе энергетического баланса действующих сил динамического прибора получить аналитические уравнения, связывающие энергию активных сил с энергией сил сопротивления на торце стержня, внедряемого в грунт. Установить аналитическую зависимость энергии активных сил от параметров динамического прибора, обосновать характеристики прочности испытуемых грунтов и удельную энергию деформации грунта в процессе удара. Определить характеристики прочности грунтов в виде численных значений нормальных напряжений на торце стержня, установить зависимости параметров динамического прибора с энергией деформации при ударном погружении стержня в диагностируемый грунт.

III. Теория

Прочность строительных грунтов принято оценивать числом ударов динамического прибора при погружении в грунт цилиндрического стержня диаметром d=0.0113 м, длиной 5"г=0.1 м, площадь сечения торца стержня равна Ас=1 см2. Эталонный груз прибора массой m1=2.5 кг свободно падает с высоты Н=0.4 м, производя удар и совершая работу при каждом ударе.

Прибор для определения прочности грунтов (рис. 1) состоит из падающего груза массой mi и корпуса массой m2, обеспечивающих вертикальное свободное падение груза с высоты Н.

Рис.1. Расчетная схема параметров прибора для определения прочности грунтов

Грунты при положительной температуре могут иметь пять категорий прочности (табл. 1) [8, 9].

ТАБЛИЦА 1

ЗАВИСИМОСТЬ ЧИСЛА УДАРОВ ОТ КАТЕГОРИИ ГРУНТА

Категория грунтов I II III IV V

Число ударов, Суд 1-4 5-8 9-16 17-34 35-70

Относительное изменение числа ударов 4 1.6 1.78 2 2

Табл. I дополнена строкой относительного изменения числа ударов для каждой категории грунтов.

Число ударов Суд достаточно объективно характеризует способность грунта сопротивляться ударным воздействиям при погружении цилиндрического стержня в грунт. Число ударов непосредственно входит в формулу для определения удельного сопротивления грунта резанию и копанию, т.к. является не просто некоторой количественной мерой, а имеет конкретное энергетическое содержание и является определенным эталоном ударного воздействия на грунт [5].

Эталонный груз при свободном падении с высоты Н=0.4 м приобретает скорость V = ^^И .

Процесс свободного падения груза заканчивается в момент соприкосновения его с буртиком на корпусе прибора. В этот момент происходит прямой неупругий удар и мгновенное преобразование скорости падающего груза в скорость совместного движения двух масс [8]

т,

и = V-

(1)

где V, и - соответственно скорость падающего груза в конце свободного падения и начальная скорость совместного движения двух масс после удара при погружении цилиндрического стержня в грунт.

После завершения процесса удара происходит переходный процесс погружения стержня в грунт. При этом кинетическая энергия двух масс, приобретенная при ударе, расходуется на преодоление сил сопротивления при погружении цилиндрического стержня в грунт.

Согласно исследованиям [1], отскок ударной части от сваи происходит при скорости ударной части более 5 м/с, поэтому в рассматриваемом приборе реализуется прямой неупругий удар без отскока массы т1 при скорости движения груза и=2.801 м/с.

По теореме об изменении количества движения, количество движения до удара равно количеству движения после удара

ту = (т1 + т2)и. (2)

При прямом неупругом ударе двух тел происходит потеря кинетической энергии

т + т2

АТ _ т1¥2 (т1 + т2)и2 (3ч

2 2 . ( )

Величина относительной потери энергии при ударе равна

8 =тхУ2 - т + т2)и 2 = V2 - (1 + т^ т^Ц 2 У т1¥2 V2 .

По формуле (4) для ударного прибора с параметрами ^=2.5 кг, т2=0.565 кг, Н=0.4 м, К=2.801 м/с, и=2.285 м/с относительная потеря энергии определяется по формуле

и2

8 у = 1 - (1 + т2 / т1) • — =0.1141 или 11.41%. (5)

у V

Как показано в работах [5, 8], энергия погружения стержня в грунт определяется двумя составляющими: при свободном падении груза с высоты Н=0.4 м и дополнительной энергии опускания в грунт двух масс в процессе погружения цилиндрического стержня

А = т1фСуд + т + т2)gSz, (6)

где - длина цилиндрического стержня, погружаемого в грунт, £г=0.1 м.

Работа активных сил, определяемая по формуле (6), расходуется на преодоление сил сопротивления. Под плоским торцем стержня возникает эпюра нормальных напряжений ог (см. рис. 1). В процессе ударного воздействия контактные напряжения ог мгновенно приобретают предельные значения ог = Ог^, при которых грунт начинает перемещаться в боковом направлении, освобождая пространство под торцем цилиндрического стержня.

На рис. 2 показана характеристика изменения напряжения ог под торцем стержня.

Рис. 2. Характеристика изменения напряжений под торцем стержня при погружении в грунт

Величина предварительной деформации Дг в процессе удара является малой величиной, после реализации которой происходит переходный процесс течения материала в поперечном направлении относительно оси движения стержня. Как известно, процесс текучести материала совершается при постоянной действующей силе и постоянном напряжении [8].

В переходном процессе погружения цилиндрического стержня в грунт происходит преобразование энергии активных сил в работу, расходуемую на преодоление сил сопротивления.

Как показано выше, работа активных сил тяжести в процессе погружения стержня определяется по формуле (6).

Работа сил сопротивления при погружении стержня определяется по формуле

пО2 ^

А =—VzSz. (7)

Согласно теореме об изменении кинетической энергии, рассматриваемые работы всегда равны.

Приравнивая выражения (6) и (7), можно определить нормальные напряжения под торцем стержня

_ т^ИСуд + т + т2)gSz

пё 2

(8)

S,

4

Формуле (8) можно придать вид линейной функции

0z ~ ,2 Суд + ,2 . (9)

па ^ па

4 z 4

Из формулы (9) видно, что нормальные напряжения сг являются линейной аналитической функцией. Вместе с этим численное значение нормальных напряжений сг есть не что иное, как отношение энергии деформации к объему деформации по формуле (8), которое получило название удельная энергия [5].

IV. Обсуждение результатов На рис. 3 показана зависимость нормальных напряжений сг под торцем стержня от числа ударов Суд для грунтов 1-У категорий.

Рис. 3. Зависимость нормальных напряжений сг под торцем стержня и удельной работы Ауд погружаемого цилиндрического стержня от числа ударов Суд

В данном случае ударный прибор для определения прочности грунтов является техническим примером, в котором объем деформированного грунта равен объему погружаемого в грунт цилиндрического стержня диаметром ё и высотой (см. рис. 1).

Поэтому в формуле (8) нормальные напряжения сг являются одновременно характеристикой прочности грунта и физическим параметром, а именно работой, отнесенной к объему деформации,

А - А

Ауд - V ,

(10)

л ]2 .

где Ауд - удельная работа на единицу объема, Дж/м ; А - работа деформации; V - объем деформации грунта, равный объему стержня, внедряемого в грунт.

Нормальные напряжения под торцем ст2 -

В данном случае на рис. 3 численные значения нормальных напряжений сг и удельной работы идентичны

Ауд = ог. (11)

Размерность нормальных напряжений сг [Па] преобразуется в размерность удельной энергии [Дж/м3] с сохранением численных значений.

В табл. 2 для грунтов категорий приведены данные для полной работы А, совершаемой ударником; средней силы удара Рл=А/£г; нормальных напряжений сг на плоском торце стержня; удельной работы деформа-

Р

ции Ауд = А^; перемещения стержня за один удар Д£г; ускорение грузов прибора г тах --л—.

т + т2

ТАБЛИЦА2

ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ РАЗНЫХ КАТЕГОРИЙ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Категория грунта Число ударов Суд Полная работа А, Дж Средняя сила удара Рл, Н Напряжение под торцем стержня сг, МПа Удельная работа деформации Ауд, МДж/м3 Перемещение стержня за 1 удар Д^, м Ускорение грузов прибора гтах , м/с2

I 1 12.8168 128.1677 1.2780 1.2780 0.10000 41.82

4 42.2468 422.4677 4.2126 4.2126 0.02500 137.84

II 5 52.0568 520.5677 5.1908 5.1908 0.02000 169.84

8 81.4868 814.8677 8.1253 8.1253 0.01250 265.86

III 9 91.2968 912.9677 9.1035 9.1035 0.01110 297.87

16 159.967 1599.6677 15.9508 15.9508 0.00625 521.91

IV 17 169.777 1697.7677 16.9290 16.9290 0.00588 553.92

34 336.547 3365.4677 33.5582 33.5582 0.00294 1098.03

V 35 346.357 3463.5677 34.5364 34.5364 0.00286 1130.04

70 689.707 6897.0677 68.7730 68.7730 0.00143 2250.27

Из табл. 2 видно, что динамический прибор позволяет определять совокупность важнейших параметров, характеризующих прочность грунта.

КПД процесса удара динамического прибора можно определить как отношение полезной работы к затраченной работе при погружении стержня за один удар

Л V ="

щ¥2 - (т1 + т2)(Г - и)2 т1Г 2

= 1 -(1 + тг!тх)(1 -и/Г)2 .

(12)

Для параметров прибора КПД процесса удара равен: цу = 1-8 у = 0.8859.

В табл. 2 обнаружена особенность ударника, заключающаяся в том, что его основные параметры определены так, что число ударов динамического прибора Суд примерно соответствует значению напряжений сг [МПа] и удельной энергии Ауд [МДж/м3].

В результате определения числа ударов происходит осреднение свойств грунта по глубине =0.1 м.

Наиболее эффективная область применения динамического прибора является определение прочности грунтовых оснований при уплотнении статическими и вибрационными катками.

Полученные результаты позволяют описать переходный процесс погружения стержня ударника в массив грунта при одном ударе. Начальные условия процесса движения груза со стержнем при ударном внедрении в грунт имеют следующий вид: при (=0 =0; г0= и = 2.285 м/с.

После удара груза массой т1 о корпус прибора массой т2 (см. рис. 1) обе массы перемещаются вниз согласно дифференциальному уравнению

2Т = g -

лС

т + т2 4

(13)

где g - ускорение свободного падения тел.

В уравнении (13) силой сопротивления Рл является сила на торце стержня, создаваемая нормальным напряжением сг (см. рис. 1).

Поскольку нормальные напряжения сг под торцем стержня для разных категорий грунтов определены, уравнение (13) позволяет описать переходный процесс перемещения стержня г за один удар для всех категорий грунтов.

Для грунта I категории с числом ударов Суд =1 первый и второй интегралы дифференциального уравнения (13) имеют вид

л

(14)

Л 2

г = -32.0065? + и; 7 = -32.0065— + и .

2

Для грунта V категории с числом ударов Суд =70 первый и второй интегралы имеют вид

г = -2240.46? + и; 2 = -2240.46— + и? .

2

(15)

На рис. 4 показаны переходные процессы скорости г и перемещения г при погружении цилиндрического стержня в грунт. Уравнения (14), (15) позволяют определять время т переходного процесса перемещения стержня в грунт и перемещение стержня Лгтах, соответствующее одному удару.

Рис. 4. Зависимость скорости г и глубины г погружения цилиндрического стержня в грунт с параметрами т1=2.5 кг, т2=0.565 кг, Н=0.4 м от времени а) I категория грунта, Суд=1; б) V категория грунта, Суд=70

а

2

2

На рис. 4а для грунта I категории перемещение при одном ударе Суд=1 по аналитическим зависимостям составило гтзх=0.08154 м, время переходного процесса т =0.071 с. На рис. 46 для грунта V категории при Суд=70 перемещение гтах=0.00П65 м, время переходного процесса т =0.00101 с.

Такие результаты для динамического прибора получены впервые и показывают, что при заданных условиях перемещение стержня по аналитическим зависимостям отличаются от значений в табл. 3.

Указанные отклонения перемещений стержня в пределах 5С=18.46% и 5С=18.54% для грунта I и V категорий объясняются потерями кинетической энергии при прямом центральном неупругом ударе, составляющем 5у=11.41%. Поэтому действительное отклонение полученных аналитических результатов составляет 5%=5С-5у=7.1%.

Число ударов динамического прибора является целочисленной величиной, поэтому абсолютная вероятность ошибки для всех категорий грунтов одинакова: ДСуд=1, при этом действительная ошибка измерения, обусловленная целочисленностью параметра Суд, является переменной величиной (см. табл. 3)

ТАБЛИЦА 3

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЯ ЧИСЛА УДАРОВ Суд ДЛЯ ВСЕХ КАТЕГОРИЙ ГРУНТОВ ПРИ ДСуд=1

Категория грунтов I II III IV V

Число ударов, Суд 1-4 5-8 9-16 17-34 35-70

Ошибка, обусловленная целочисленностью Суд, 5% 50-25 20-12.5 11.1-6.25 5.88-2.94 1.8-1.42

Ошибка измерения числа ударов, связанная с целочисленностью измерения Суд, изменяется значительно. Среднее значение этой ошибки соизмеримо с ошибкой аналитических расчетов, которая практически постоянная для всех категорий грунта. Несмотря на указанные особенности прибора, число ударов, необходимых для погружения в грунт стержня, является достаточно надежной сравнительной оценкой прочности грунтов.

Получены аналитические выражения, связывающие нормальные напряжения cz на торце погружаемого в грунт стержня с массами падающего груза и корпуса прибора, высотой падения груза и параметрами прибора. Показана идентичность средних численных значений напряжений cz и удельной энергии Ауд погружения стержня в грунт. Для прямого неупругого удара двух масс получена потеря кинетической энергии при ударе и КПД ударного процесса. Переходный процесс погружения стержня в грунт после удара описан дифференциальным уравнением с постоянной правой частью. Первый интеграл уравнения является линейной функцией скорости z, второй интеграл перемещения z стержня является уравнением второй степени. Получаемые результаты - перемещение стержня за 1 удар и время т переходного процесса прибора являются важными характеристиками динамического прибора.

V. Выводы и заключение

Аналитический метод расчета процесса погружения стержня цилиндрической формы в грунт позволяет усовершенствовать параметры прибора с целью определения характеристик прочности грунтов и расширить число параметров ударного процесса прибора, характеризующих прочность строительных грунтов.

Список литературы

1. Se-Na Lee, Bum-Jae You, Mee-Seub Limb, Sang-Rok Oh,Song-Soo Han, Sang Heon Lee. Visual measurement of pile penetration and rebound movement using a high-speed line-scan camera. Proceedings 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No.02CH37292) // IEEE Conference Location: Washington, DC, USA. 2002. Vol. 4. Р. 4307-4312. DOI: 10.1109/ROBOT.2002.1014436.

2. Charles P. Aubeny, Han Shi. Effect of Rate-Dependent Soil Strength on Cylinders Penetrating Into Soft Clay // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2007. Vol. 32. Is. 1. Pp. 49-56. DOI: 10.1109/JOE.2007.890944.

3. U. Dayal. Analysis of Free-Fall Penetrometer Data. OCEANS 81 // IEEE Conference Location: Boston, MA, USA. 1981. P. 683-687. DOI: 10.1109/OCEANS. 1981.1151505.

4. Тарасов В. Н., Кузнецов С. М. Расчет параметров прочности грунта // Строительные и дорожные машины. 2001. № 12. С. 34-36.

5. Бояркина И. В. Технологическая механика одноковшовых фронтальных погрузчиков: монография. Омск: СибАДИ, 2011. 336 с.

6. Зеленин А. Н., Баловнев В. И., Керов И. П. Машины для земляных работ / под ред. А. Н. Зеленина. М.: Машиностроение, 1975. 424 с.

7. ГОСТ 30067-93. Экскаваторы одноковшовые универсальные полноповоротные. Общие технические условия. Введ. 1996-01-01. М.: ИПК Изд-во стандартов. 16 с.

8. Тарасов В. Н., Бояркина И. В. [и др.]. Теория удара в строительстве и машиностроении: монография М.: Изд-во АСВ, 2006. 336 с.

9. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. Введ. 2013-01-01. М.: ИПК Изд-во стандартов. 63 с.

УДК 621.825

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА ПОНИЖЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ В ПАКЕТЕ ABAQUS

RESEARCH OF RUBBER-CORD CHARACTERISTICS OF REDUCED RIGIDITY COMPENSATOR IN ABAQUS PACKET

В. Г. Цысс, И. М. Строков, М. Ю. Сергаева

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

V. G. Tsyss, I. M.Strokov, M. Yu. Sergaeva

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. Целью настоящей работы является исследование конструкции резинометаллического компенсатора для демпфирования и компенсации перемещений трубопроводов и виброизоляции других конструкций в виброактивных системах с требуемыми техническими характеристиками. В результате проведенных расчётов получены графические зависимости «усилие-деформация» в осевом и радиальном направлениях, на основании которых определены жёсткости компенсатора. Определено напряженно-деформированное состояние элемента резинометаллического компенсатора, которое позволяет сделать вывод, что исследуемый компенсатор соответствует критериям прочности.

Ключевые слова: резинометаллический компенсатор, деформация, напряжение, жесткость, перемещение, вибрация, коэффициент запаса прочности.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-1-142-147

I. Введение

В различных отраслях промышленности, и в частности нефтегазовом трубопроводном транспорте, для снижения деформаций от действия температурных удлинений трубопроводов и вибраций технологического оборудования широкое применение находят компенсаторы различных конструкций. Одними из наиболее эффективных, в этой связи, являются армированные резинометаллические компенсаторы, при проектировании которых выдвигаются требования обеспечения необходимых жёсткостных, прочностных и герметизирующих характеристик. Целью настоящей работы является исследование конструкции резинометаллического компенсатора для демпфирования и компенсации перемещений трубопроводов и виброизоляции других конструкций в виброактивных системах с требуемыми техническими характеристиками.

II. Постановка задачи

При исследовании резинометаллического компенсатора с пониженной жёсткостью ставится задача определения следующих характеристик:

а) статической жёсткости в осевом и поперечном направлениях;

б) прочности и напряжённо-деформированного состояния;

в) обоснование выбора характеристик материала.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.