CC BY
13
22. Лагерев А.В. Прогнозирование надежности трубопроводов влажного пара в условиях эрозионного износа / А.В. Лагерев // Теплоэнергетика. -1998. - № 9. - С. 56-60.
23. Дергачёв К.В. Вычислительный комплекс для математического моделирования кинетики эрозионных процессов во влажнопаровых турбома-шинах / К.В. Дергачёв, С.Р. Симонян, A.B. Лагерев // Мат. моделирование в научных исследованиях: Мат. Всерос. научн. конф. - Ставрополь, 2000. -Ч. 1. - С. 194-197.
24. Коростелёв Д.А. Определение параметров оптимальной противоэро-зионной защиты рабочих лопаток влажнопаровых турбин на основе компьютерного имитационного моделирования / Д.А. Коростелёв, А.В. Лагерев // Вестн. БГТУ - 2010. - № 3. - С. 58-67.
25. Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ №2010614231. Программный комплекс «Эрозион» / Д.А. Коростелёв, А.В. Лагерев, К.В. Дергачёв.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АРМИРУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ УПРОЧНЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
© Овчинников С.А.*
Сибирский государственный университет путей сообщения, г. Новосибирск
Степень эффективности работы армирующих конструкций во многом зависит от механических характеристик армируемых грунтов. Разработан способ упрочнения земляного полотна объемной многокомпонентной структурой, позволяющий упрочнять железнодорожные насыпи, ослабленные балластными углублениями поздней стадии развития. Выполнены исследования, с использованием численного моделирования методом конечных элементов в программной среде М1(!а80Т82012, позволяющие определить область применения данного способа. Исследования выполнены при вариационном изменении значений влажности и плотности грунта. Достоверность полученных данных подтверждается проведенным корреляционным анализом с данными, полученными при экспериментальных исследованиях. Полученные результаты легли в основу методики проектирования упрочнения земляного полотна объемной многокомпонентной структурой.
Ключевые слова: насыпь; армирование грунтов; угол внутреннего трения грунта, удельное сцепление грунта; модуль деформации грунта.
* Ведущий инженер.
Армирование грунтов является перспективным направлением в вопросе упрочнения земляного полотна железных дорог, имеющего в своем строении развитые балластные углубления [1]. Наиболее эффективными, в этом вопросе, являются способы объемного армирования. Специалистами СГУПС разработан способ упрочнения земляного полотна объемной многокомпонентной структурой [2] (рис. 1).
Рис. 1. Устройство объемного армирующего элемента в теле насыпи
Сущность предложенного способа заключается в формировании в теле земляного полотна пространственной структуры, состоящей из стержневых элементов и массивов грунта, упрочненных напорной инъекцией.
Проведенные ранее исследования позволили установить эффективность применения данного способа [3], однако область его применения оставалась не изученной. В связи с этим выполнено численное моделирование методом конечных элементов в программной среде MidasGTS2012, включающие серию расчетов модели насыпи (рис. 2) при вариационном изменении параметров ослабленной зоны, а так же серию расчетов при изменении параметров грунта, слагающих область земляного полотна сопряженную с ослабленной зоной. Для проведения исследования составлен блок инженерно-геологических элементов, с использованием имеющихся архивных данных и справочной литературы. Значения физико-механических характеристик данных грунтов сведены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-механические характеристики типов грунта, использованных при определении области применения способа
Тип грунта Влажность ^ % Плотность р, г/см3 Коэффициент пористости e, д.е. Угол внутреннего трения, ф° Удельное сцепление С, кПа Модуль деформации Е, МПа
1 0,23 1,71 0,950 12 7 6
2 0,22 1,75 0,895 13 8 7
3 0,22 1,79 0,844 14 9 8
4 0,22 1,81 0,807 18 12 11
5 0,20 1,86 0,748 19 15 14
6 0,19 1,89 0,704 20 17 16
7 0,18 1,93 0,652 22 22 22
8 0,17 1,96 0,613 23 25 24
9 0,16 1,99 0,576 23 28 26
Рис. 2. Расчет модели насыпи методом конечных элементов в программной среде MidasGTS2012
В качестве функции отклика системы использовались значения перемещений контрольных точек (рис. 3), содержащие в себе информацию о деформировании насыпи в целом, то есть с учетом, как эффекта упрочнения, так и изменения параметров грунтовой среды. Графики перемещений контрольных точек представлены на рис. 4.
□ ООО 10600» 2160061 3340 091 4320 121
1 1 1
А / В С/ I иШ^Р
Рис. 3. Схема размещения контрольных точек
Рис. 4. Графики перемещений контрольных точек при изменении механических характеристик грунтов в области сопряженной с ослабленной зоной
Полученные данные позволили установить, что при использовании объемной многокомпонентной структуры изменение характеристик ослабленной зоны не находят отражения в общих деформациях насыпи (разброс деформаций находится в пределах 5 %, без определенного тренда их изменения). Данный факт объясняется тем, что объемная многокомпонентная структура работает как упругий прослой в теле насыпи и, воспринимая давление от вышележащих слоев грунта, передает его через массивы упрочненного грунта на нижнюю границу упрочненного слоя. В связи с чем слабый грунт, защемленный между упрочненными массивами практически не включается в работу насыпи.
Однако, дальнейшее исследование показало, что существенное влияние на работу конструкции оказывают характеристики грунта, слагающего область насыпи сопряженную с ослабленной зоной, в которую осуществляется заделка объемной многокомпонентной структуры. Анализируя полученные значения перемещений (рис. 3-4) можно сказать о том, что работа системы будет обеспечена в случае, если слои грунта, в которые осуществляется заделка объемной многокомпонентной структуры, будут представлены пылеватыми суглинками, находящимися в состоянии от твердой до тугопла-стичной консистенции. Данные слои грунта должны обладать следующими показателями механических характеристик - модуль деформации (Е) - не менее 11 МПа, удельное сцепление грунта (с) - не менее 12 кПа, угол внутреннего трения (ф) - не менее 180. Применение объемной многокомпонентной структуры возможно в грунтах с более низкими характеристиками, при условии дополнительной проработки грунта напорной инъекцией, вплоть до достижения требуемых значений показателей прочности и сжимаемости.
Рис. 5. Поверхность зависимости деформаций насыпи от параметров грунта
Для выделенной области применения конструкции определена поверхность влияния механических параметров среды, на величину относительного деформирования армированного слоя.
Достоверность проведенных исследований подтверждается выполненным статистическим анализом данных по критерию Фишера, который показал, что полученные цифровые модели с вероятностью 95 % являются адекватными. Значения критерия находятся в пределах 1,24, при допустимом значении 3,44. Графическое отображение результатов статистического анализа приведено на рис. 6.
Рис. 6. Результаты статистического анализа
Основные результаты, полученные в ходе исследования, можно сформулировать следующим образом:
1. Эффективность работы объемной многокомпонентной структуры не зависит от механических параметров грунта ослабленной зоны.
2. Применения способа ограничивают механические характеристики грунта области насыпи, сопряженной с ослабленной зоной. Данные грунты должны обладать следующими характеристиками - модуль деформации (Е) - не менее 11 МПа, удельное сцепление грунта (с) -не менее 12 кПа, угол внутреннего трения (ф) - не менее 180.
3. Применение объемной многокомпонентной структуры возможно в грунтах с более низкими характеристиками, при условии дополнительной проработки грунта напорной инъекцией, вплоть до достижения требуемых значений показателей прочности и сжимаемости.
Список литературы:
1. Ланис А.Л., Овчинников С.А. Усиление грунтов земляного полотна армирующими конструкциями // Труды IX международной конференции
«Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути». - Изд-во МГУПС, 2012. - С. 11-113.
2. Патент RU 2012112721. Способ укрепления откосов земляного полотна / СГУПС; авт. Ланис А.Л., Овчинников С.А., Скоркин В.Ф. - Заявл. 02.04.2012; Решение о выдаче патента 26.09.2013.
3. Овчинников С.А. Укрепление земляного полотна объемными армирующими конструкциями // Известия Транссиба. - 2013. - № 3 (15). -С. 120-125.
ПОСТРОЕНИЕ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ МНОГОЗВЕННЫХ КРАНОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ
© Сидоров Н.В.*
Брянский государственный технический университет, г. Брянск
Рассмотрены методики построения уравнений движения, используемые для анализа динамической нагруженности при проектировании и модернизации многозвенных кранов-манипуляторов транспортно-технологичсеких машин. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых ученых-кандидатов наук № МК-92.2014.8.
Ключевые слова: кран-манипулятор, динамика, уравнения движения.
Объектом исследования являются многозвенные гидравлические краны-манипуляторы транспортно-технологических машин [1]. Благодаря своей универсальности такие краны получили широкое распространение. В Европе каждый пятый автомобиль оборудован краном-манипулятором. В России за последние пять лет количество кранов-манипуляторов возросло в 12 раз. Краны-манипуляторы применяются в строительстве, обслуживании складских помещений производственных предприятий и предприятий торговли, лесной промышленности, сельском хозяйстве.
При проектировании и модернизации кранов-манипуляторов с целью обеспечения прочности и надежности необходимо оценивать величины максимальных динамических усилий, возникающих в несущей металлоконструкции. Для этого необходимо строить математические модели для исследования динамики элементов стрелы, в основе которых лежат дифференциальные уравнения движения, интегрируемые при определенных начальных условиях.
Решаемые задачи динамики бывают двух типов - прямые и обратные. Исходными данными для решения прямой задачи динамики являются перемещения и скорости в шарнирах, а также усилия, развиваемые приводами в
* Аспирант кафедры «Динамика и прочность машин».
