Санкт-Петербург +7 (812) 309-81-18        





Техническая поддержка «Миаком Инжиниринг»

Андрей Мошенжал (Все сообщения пользователя)

Обсуждаемые темы:


Выбрать дату в календареВыбрать дату в календаре

Страницы: 1
Часть 1 - актуальные вопросы тарировки датчиков (месдоз)
 
Добрый день, уважаемые коллеги!
В продолжение темы по выполнению экспериментальной работы выкладываю некоторые результаты, полученные в лаборатории АО «ВНИИГ им. Веденеева». Следует отметить, что лаборатория оснащена современным высокоточным оборудованием для выполнения широкого спектра испытаний грунтов, а её сотрудники являются очень компетентными специалистами своего дела и просто хорошими людьми, за что им отдельное спасибо.
Первое, что было выполнено – это тарировка датчиков при непосредственной передаче давления на датчик, без учета распределения напряжений как в грунтах, т.е. так называемая гидравлическая тарировка. Для этой цели был задействован компрессионный прибор (рис. 1).




Рис. 1 – тарировка датчиков на компрессионном приборе

Как и полагается, испытания выполнялись троекратным циклическим приложением нагрузки к каждому датчику. Результаты тарировки датчиков представлены на рис. 2.


Рис. 2 – результаты тарировки датчиков

Анализируя качественный характер полученных линий графика (рис. 2) можно сделать вывод о линейной зависимости передаваемого давления на датчики и их показаний. Собственно, для подобной тарировки, это и должно было быть получено.
В практике выполнения натурных экспериментов с подобным оборудованием принято измеренные показания на датчиках «дешифровать» в напряжения по тарировочным кривым полученным гидростатическими испытаниями (в нашем случае на приборе компрессионного сжатия). Но, возникает справедливый вопрос – что будет если необходимо померить напряжения, например, в щебне? Ответ – ничего хорошего, поскольку может произойти неравномерное распределение напряжений, регистрируемых датчиком, под слоем грунта, т.е. нет гарантии что какая-нибудь частичка щебня не сможет своим краем сильно надавить на поверхность датчика, при этом существенно исказив показания, или наоборот – что датчик не окажется в «пустоте» и не покажет напряжений вовсе. Для этой цели опытные исследователи рекомендуют датчики укладывать в некоторый слой песка. В принципе, в первом приближении, все логично – мы получаем осредненные величины напряжений, передающихся от более крупных частиц к менее крупным, без возникновения концентрации напряжений на датчике. Но, и в этом случае не все так просто – есть исследования различных авторов, подтверждающие возможное возникновение некоторой концентрации напряжений под штампом на датчике, т.е. может возникнуть ситуация аналогичная представленной на рис. 3.


Рис. 3 – График возможного возникновения недобора и концентрации давления на датчике (статья А.П. Криворотова «О методике измерения давлений в грунтах»)

Поскольку в наших натурных исследованиях датчики будут укладываться в песок, то необходимо проверить отсутствие/наличие концентрации напряжений над ними. С этой целью мы выполнили 2 серии испытаний. В первой серии была использована металлическая ёмкость (рис. 4) диаметром 0,33м и высотой 0,30м заполненная на 0,05м песком (под датчиком) и 0,05м над датчиком. Нагрузка передавалась на жесткий диск диаметром 0,15м от гидравлического пресса 75т (рис. 5). Диаметр ёмкости был специально выбран большим чем диаметр штампа, чтобы исключить силы трения, возникающие между песком и стенками.



Рис. 4 – ёмкость, заполненная песком и с уложенным датчиком


Рис. 5 – общий вид рабочего места
На рис. 6 представлены кривые тарировки датчиков в грунте.


Рис. 6 – кривые тарировки датчиков в грунте (песок)

Анализируя кривые рис. 6 можно сделать основной вывод – при выполнении натурных испытаний концентрации напряжений на датчике происходить не будет. Здесь следует отметить, что для чистоты эксперимента, использовался песок, который будет использоваться при натурных испытаниях.
Вторая серия испытаний выполнялась на компрессионном приборе с одним датчиком, уложенным на жесткое основание, с верхним пределом нагрузок около 800 кН. Толщина слоя песка над датчиком принималась равной 0,05м. Диаметр штампа 0,07м. На рис. 7 представлены некоторые результаты второй серии испытаний.


Рис. 7 – вторая серия испытаний
Анализируя кривые рис. 7 можно сделать вывод аналогичный предыдущему – концентрации напряжений на датчике не происходит.
Не будем вдаваться в подробности почему может происходить явление концентрации или недобор напряжений на датчике при сравнительном анализе двух видов тарировочных испытаний, а лишь резюмируем полученные результаты следующими соображениями. Для дальнейших экспериментальных исследований более оправданным будет использование, для «дешифровки» показаний с датчика, результатов тарировки под прессом. Последнее будет давать некоторый запас в полученных результатах по напряжениям.

С уважением,
Андрей Мошенжал
Некоторые результаты по моделированию поведения сыпучей среды под нагрузкой в "Универсальном механизме". Часть 1
 
В продолжение темы по компьютерному моделированию поведения сыпучей среды под действием нагрузки рассмотрим некоторые полученные результаты в программном комплексе «Универсальный механизм». Начнем с описания модели.
Модель двухмерная, представлена жестким коробом (шириной 25см) с мессдозой уложенной на дно. Короб заполнен одинаковыми
частицами размером 0.05мм (рис. 1).
[CENTER] [/CENTER][CENTER][CENTER]Рис. 1 – компьютерная модель[/CENTER][/CENTER]
Модель имеет жесткую плиту - пригруз по всей ширине ящика и штамп, через который осуществляется передача давления на частицы. На плиту – пригруз передавалось различное давление (0, 0.25, 0.5 ед). Здесь отмечу, что эксперимент отражает качественное поведение сыпучей среды под нагрузкой и именно поэтому единицы измерения приняты условными. Величина давления на штамп увеличивалась от 0 до 2.5 и 5 ед. в период времени с 0.3 до 10. Ниже (рис. 2) представлены кривые фактического и измеренного давлений в зависимости от времени и величины давления на штамп (рис. 2 – 4). [CENTER]
[/CENTER][CENTER]
Рис. 2 – График измерения давления на мессдозе при нагрузке на плиту - пригруз 0 ед.

[/CENTER][CENTER]
Рис. 3 – График измерения давления на мессдозе при нагрузке на плиту - пригруз 0.25 ед.
[/CENTER][CENTER] [/CENTER][CENTER]
Рис. 4 – График измерения давления на мессдозе при нагрузке на плиту - пригруз 0.50 ед.
[/CENTER]
Анализируя данные кривые можно сделать следующие выводы:
1. Чем выше давление от пригруза на сыпучий материал, тем более устойчива структура среды к деформациям, т.е. достигается более высокий порог нагрузки, при котором обеспечивается предельное равновесие частиц (рис. 2 переупаковка частиц происходит при нагрузке на штамп – 0.56 ед; рис. 3 – 0.58 ед.; рис. 4 – 1.31 ед.);
2. Во всех случаях (рис. 2, 3, 4) происходит концентрация напряжений на мессдозе, позднее сменяющаяся «недобором» этих напряжений в сравнении с фактическим давлением.
Если по первому выводу все получается логично, то на втором остановимся подробнее.
В своей статье «О методике измерения давлений в грунтах» 1971г. Криворотов А.П. отмечает что в момент выполнения испытаний, в зависимости от конструкции мессдозы, может происходить концентрация напряжений на последней. Не вдаваясь в подробности природы возникновения данного явления рассмотрим его последствия. На рис. 5 представлены зависимости кривых измеренного напряжения на мессдозе и фактического давления передаваемого на конструкцию.
[CENTER]
Рис. 5 – Кривые из статьи А.П. Криворотова
[/CENTER] Согласно рис. 5 в какой-то момент времени величина измеренного давления мессдозой может превышать величину фактически передаваемого давления на конструкцию, т.е. происходит концентрация напряжений. В компьютерной модели получились похожие результаты.
На графиках (рис. 2 – 4) видно – при переупаковке частиц (нарушение предельного равновесия) происходит снижение концентрации напряжений на мессдозе. Следует отметить, что последнее неразрывно связано с процессом уплотнения сыпучей среды рис. 6 – 8. [CENTER]

Рис. 6 – Перемещение плиты-пригруза по вертикали (случай представленный на рис. 2)
[/CENTER][CENTER]
Рис. 7 – Перемещение плиты-пригруза по вертикали (случай представленный на рис. 3)
[/CENTER][CENTER]
Рис. 8 – Перемещение плиты-пригруза по вертикали (случай представленный на рис. 4)

[/CENTER]
[LEFT] Анализируя данные графики можно сделать следующие выводы:
[/LEFT]
[LEFT] 1. При нарушении предельного равновесия происходит переупаковка частиц сопровождающаяся резким снижением массива по высоте;
2. При сопоставлении рис. 2 – 4 и рис. 6 – 8 можно заметить, что при нарушении предельного равновесия частиц происходит одновременное снижение концентрации напряжений на мессдозе и уменьшение по высоте массива сыпучего грунта. Думается, этого можно избежать предварительным уплотнением среды.
Пока рано делать какие-то глобальные заключения, но основной вывод из написанного выше можно представить следующим образом - модуль «балласт» программы «Универсальный механизм» позволяет получить некоторое качественное описание поведения сыпучей среды под действием нагрузки.
В связи с этим приглашаем всех заинтересованных лиц в развитии данного направления к сотрудничеству, поскольку, чем больше будет интересных идей по выполнению компьютерных экспериментов, тем продуктивнее будет результат.

С уважением,
Андрей Мошенжал[/LEFT]
Передача вертикальных напряжений в многослойной среде
 
[JUSTIFY]В практике проектирования бытует мнение – армирующие прослойки (геосинтетические материалы) в слое, например, щебня «перераспределяют вертикальные напряжения на нижние слои». При этом понимается что напряжения уменьшаются! Увы, это не совсем так… Увидеть это можно из известных решений теории зернистых сред. Рассмотрим, например, задачу для определения вертикальных напряжений при поверхностной нагрузке от круглого штампа на слой щебня (1).[/JUSTIFY][RIGHT]
[/RIGHT][CENTER] (1)[/CENTER][RIGHT][JUSTIFY]где, P – интенсивность нагрузки, МПа; R – радиус расчетного отпечатка шины, м; v – коэффициент распределительной способности слоя[/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][/RIGHT][JUSTIFY]Используя данную формулу постоим график зависимости вертикальных напряжений от коэффициента распределительной способности грунта (рис. 1). При чем значения остальных величин я специально не указываю, поскольку каждый желающий может подставить свои значения и получить приблизительно такую же картинку. [/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER] [CENTER]
[/CENTER][CENTER]Рис. 1. Зависимость вертикальных напряжений от коэффициента [/CENTER]
[JUSTIFY]Анализируя данный график можно сделать вывод что чем меньше коэффициент распределительной способности, т.е. выше плотность сложения частиц, тем выше значения вертикальных напряжений передаваемых верхним слоем зернистого материала на нижние слои и наоборот. При использовании геосинтетических материалов уменьшаются горизонтальные перемещения частиц и, как следствие, одна из составляющих вертикальной осадки, но при этом происходит концентрация вертикальных напряжений в армированном слое, т.е. уменьшается истинное (!) распределение напряжений.[/JUSTIFY][JUSTIFY] [/JUSTIFY][JUSTIFY][SIZE=4]Воспользуемся решениями И.И. Кандаурова для определения вертикальных напряжений в слоистой зернистой среде от равномерно распределенной нагрузки по полосе (2). Рассмотрим для примера задачу о распределении вертикальных напряжений во втором слое конструкции, состоящей из двух зернистых слоев с разными коэффициентами v, 0.125 и 0.3. Схемы задачи представлены на рис. 2. [/SIZE][/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][CENTER] (2)[/CENTER][RIGHT]
[/RIGHT][RIGHT][JUSTIFY]где, P – интенсивность вертикальной нагрузки 1 МПа; hэ – эквивалентная толщина массива выраженная через параметры первого и второго слоя (3), м; z – координата измеряемая от верха второго слоя, 0.1 м; v – коэффициент распределительной способности второго слоя; b – полуширина прикладываемой нагрузки.[/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][CENTER] (3)[/CENTER][RIGHT]
[/RIGHT][CENTER][/CENTER][CENTER][CENTER]Рис. 2. Схемы размещения слоев[/CENTER] [JUSTIFY] [/JUSTIFY] [JUSTIFY]На рис. 3 представлены графики распределения вертикальных напряжений в зависимости от параметров верхнего и нижнего слоев. [/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][CENTER]
[/CENTER][CENTER][CENTER]Рис. 3. График распределения напряжений при различных параметрах слоев[/CENTER] [JUSTIFY] [/JUSTIFY] [JUSTIFY]Анализируя график рис. 3 можно сделать вывод – при увеличении коэффициента v, в верхнем слое вертикальные напряжения рассеиваются лучше и во втором слое получаются меньшие значения напряжений. Это происходит по причине наличия менее плотной «упаковки» частиц у верхнего слоя. Иными словами если стоит задача об уменьшении вертикальных напряжений, то необходимо учитывать, что через жесткое основание нам едва ли удастся рассеять давление. Если передавать давление на слабо уплотненный грунт, то за счет перемещений частиц в слое напряжения будут рассеиваться больше, но при этом важно помнить про величину допустимой осадки.[/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][JUSTIFY]С уважением,[/JUSTIFY][JUSTIFY]Андрей Мошенжал[/JUSTIFY][/CENTER][/CENTER][/RIGHT]
Немного о системном подходе
 
[JUSTIFY]«В теории зернистых сред Кандауров И.И. применил системный подход…» - подобную фразу довольно часто можно прочесть в различных научных статьях, книгах и т.д. Давайте попробуем разобраться - что же такое система и почему обязательно нужно учитывать системность в зернистых средах (и не только!).[/JUSTIFY] [JUSTIFY]Не вдаваясь в подробности данного понятия, ограничимся простым определением: «система» – это совокупность улов и связей между ними. Такое определение может показаться сухим, но, как мне думается, оно включает в себя ту основу, которая нам, инженерам, необходима для понимания природы зернистой среды. На первый взгляд, как может показаться, слой зернистого материала это совокупность частиц расположенных друг относительно друга хаотическим образом. Дважды высыпав один и тот же щебень из ведра мы не сможем получить одинаковую структуру слоя. Но, если предположить, что мы создадим идеальные условия в двух случаях в части одинакового расположения частиц в ведре, одинаковой интенсивности высыпания щебня, высоты ссыпания и т.д. то мы получим одинаковую структуру в обоих случаях. Кстати это легко можно смоделировать в программе Универсальный Механизм. Так вот к чему я веду – если мы учтем все нюансы условий окружающей среды и выполняемого эксперимента, мы сможем раз за разом получать одинаковую структуру зернистой среды при повторных высыпаниях щебня из ведра. Очевидно, возникает резонный вопрос – «а нужна ли такая точность?», но, сейчас не об этом. Даже в хаотическом расположении частиц в слое щебня есть порядок, и этот порядок определяется условиями нашего эксперимента. Частицы - это узлы, а связи между ними – это условия эксперимента. [/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY] [JUSTIFY]Предлагаю рассмотреть еще один наглядный пример того что же такое «система». Недавно я сделал наблюдение при движении по известной в Санкт-Петербурге кольцевой автодороге (КАД). Движение автомобилей по КАД с первого взгляда можно представить хаотическим не подлежащим никакому объяснению – каждый едет как хочет и с какой хочет скоростью. Но, если присмотреться мы увидим другую картину данного события. Когда я двигался со скоростью чуть выше, чем средняя скорость у автомобильного потока я заметил что автомобили едут группами. Для примера приведу фотографию магистрали и движущихся по ней автомобилей (рис. 1) Фотография является первой попавшаяся из интернета. [/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][JUSTIFY][CENTER]Рис. 1 – движение автомобилей по развязке[/CENTER]
Очевидно, что в хаосе автомобильного движения по магистрали есть порядок, обусловленный различными факторами – количество полос движения, качества дорожного покрытия, особенностей национальной езды и т.д. Узлы - это автомобили, а связи между узлами - это факторы, влияющие на структуру потока автомобилей.
В обоих примерах присутствует «причинно-следственная связь», влияющая на исход события. Подобных примеров в нашей жизни достаточно много, но, это уже из разряда философии….[/JUSTIFY][JUSTIFY]
Основной идеей данной заметки является то, что без учета системного подхода невозможно выявить достоверные характеристики исследуемого объекта, например, слой песка под действием динамической нагрузки от колеса автомобиля. Ведь уменьшив масштаб данной задачи и взглянув на нее с точки зрения «причинно-следственной связи» мы перейдем к решению более глобальной задачи с другими правильно подобранными исходными данными. Только в этом случае нам удастся получить более достоверный результат.[/JUSTIFY][JUSTIFY]
С уважением,
Андрей Мошенжал[/JUSTIFY]
Немного о теории вероятностей
 
[JUSTIFY]В продолжение темы о зернистых средах предлагаю немного затронуть теорию вероятностей, умело используемую Кандауровым И.И. в своей вероятностно-имитационной модели зернистой среды. Данный пример Иван Иванович представил в своей книге 1988 года о механике зернистых сред. [/JUSTIFY] [JUSTIFY]Рассмотрим простейшую задачу об определении реакций возникающих в опорах балки, расположенной на двух опорах, к которой приложена вертикальная сосредоточенная сила (рис. 1). Давайте попробуем немного поразмышлять на счет разницы в подходах к решению данной задачи: условием равновесия и теорией вероятностей. [/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][JUSTIFY]При первом способе имеем:.Получив данные решения, мы утверждаем, что при приложении нагрузки P получим такие реакции в опорах. Обратите внимание - в данном случае не учитывается тот факт, что на самом деле на строительном объекте нам никогда не удастся получить таких результатов реакций опор. Это может быть связано с разными причинами, например, с тем, что геометрия балки не идеальная, не точно приложена нагрузка в расчетном месте, да и опоры какие-то кривоватые оказались... Нет инструмента комплексной оценки фактических реакций опор с учетом действия различных негативных факторов. Конечно, можно возразить: «Мы же сделали запас при расчетах…». В принципе да, но каков критерий назначения этого запаса? Не оказался ли он великоват или маловат?[/JUSTIFY] [JUSTIFY]При решении данной задачи с привлечением теории вероятностей мы получим следующее решение. Так как все точки балки пролетом b обладают равными возможностями в отношении приложения нагрузки, то плотность распределения вероятности будет равномерной и равной частному от деления единицы на b:[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][JUSTIFY]Определим вероятности распределения нагрузки между опорами 1 и 2:[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][JUSTIFY]Помня о том, что q1 и q2 в сумме равны единице имеем:[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][JUSTIFY]В итоге мы получим математические ожидания реакции опор от приложения нагрузки Р:[/JUSTIFY][CENTER][/CENTER][JUSTIFY]В дальнейшем применяя распределение вероятностей, например, по Гауссу мы сможем учесть различные факторы на строительной площадке при помощи отклонения и получить более достоверные (честные!) результаты. Таким образом удастся оценить каков должен быть тот самый коэффициент запаса. При разных решениях численные значения результатов получаются одинаковые, но вот трактовка их может быть разной.[/JUSTIFY] [JUSTIFY]На этом простом примере И.И. Кандауров дает нам понять, что в зернистых средах, применяя детерминированный подход, достаточно точно сказать как распределятся различные компоненты напряжения в слое, например, щебня под нагрузкой не представляется возможным. Но, применяя вероятностный подход возможно максимально учитывать различные факторы, получать вероятности распределения напряжений и оценивать приемлемость принимаемых проектных решений.[/JUSTIFY][JUSTIFY]
[/JUSTIFY][JUSTIFY]С уважением,[/JUSTIFY][JUSTIFY]Андрей Мошенжал[/JUSTIFY]
Моделирование штамповых испытаний
 
Весьма интересным является модуль «UM Ballast» программного продукта «Универсальный механизм» (разработчик ООО "Вычислительная механика", г. Брянск). При помощи данного программного продукта нам удалось получить принципиально качественную картину уплотнения сыпучего материала (рис. 1), а точнее - зависимость «нагрузка – осадка».

[CENTER] [/CENTER] [CENTER]
[/CENTER] [CENTER]Рис. 1 – зависимость осадки штампа от нагрузки[/CENTER]
По графику видно, что на последней стадии приложения нагрузки произошла «переупаковка» частиц, что привело к резкому изменению положения штампа по вертикали. На приложенной ссылке на видео (https://www.youtube.com/watch?v=3jRlcob3C5g) представлен процесс моделирования штамповых испытаний в двухмерной постановке задачи. Данный эксперимент продублирован графиком на рис. 2.

[CENTER][/CENTER][CENTER]
[/CENTER] [CENTER]Рис. 2 – зависимость нагрузки на штамп и его перемещения от времени[/CENTER]
Очевидно, применение современных программных продуктов, позволяющих моделировать различные экспериментальные исследования, позволит в большей степени понять происходящие процессы в зернистых средах под нагрузкой.

С уважением,
Андрей Мошенжал
Влияние геосеток на изменение эквивалентного модуля упругости
 
В рамках выполнения экспериментальных работ по исследованию влияния газонной решетки на изменение деформативности слоев различных конструкций, нами была получена качественная оценка влияния геосетки, уложенной в слой щебня, на уменьшение взаимного перемещения частиц дискретного материала.
На базе ГК «Миаком» были выполнены конструкции покрытия, представленные в таблице 1, которые, кстати, подходят для аэродромного строительства (места стоянок, рулежные дорожки), пожарных проездов или эко-парковок.

Таблица 1 – Конструкции покрытий
[LEFT]
Выполнялись по 3 штамповых испытания для каждой конструкции (рис. 1).
Нагрузка прикладывалась 4-я циклами до максимума в 0,45МПа.

[CENTER][/CENTER] [CENTER]Рис. 1 – Штамповые испытания[/CENTER]
Результатом полевой работы стали графические зависимости «нагрузка – осадка» по которым были определены эквивалентные модули упругости покрытий.
Решая нашу первоначальную задачу, мы свели полученные модули упругости по каждому эксперименту в отдельные графики для двух вариантов покрытий (рис. 2,3).

[CENTER][/CENTER][CENTER]
[/CENTER] [CENTER]Рис. 2 – Изменение модуля упругости от количества приложения нагрузок (покрытие №1)[/CENTER]
[CENTER][/CENTER] [CENTER]Рис. 3 – Изменение модуля упругости от количества приложения нагрузок (покрытие №2)[/CENTER]
По этим двум графикам можно сделать следующие выводы:
- геосетка исключает горизонтальные перемещения частиц щебня, возникающие под вертикальной нагрузкой от штампа, тем самым снижая касательные напряжения в слое.
- в конструкции без геосетки также будет достигнуто достаточное уплотнение слоя, создающее «удачную упаковку» частиц щебня, позволяющее слою работать упруго под нагрузкой, но, очевидно, после большего числа циклов приложения нагрузок.
Также интересен тот факт, что при разном первоначальном уплотнении слоёв покрытий, при циклическом приложении нагрузки, мы быстрее получаем уплотненный слой при использовании геосетки.

С уважением,
Андрей Мошенжал[/LEFT]
Страницы: 1






Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика