Методическое пособие 800

Выпуск № 4 (60), 2020 ISSN 2541-7592

Так как давление P не зависит от знаков x или y, то в решение (8) не могут входить члены в первой степени. А в силу нечетности функции x ( x ) она не может содержать члены с

где f ( x ) и ( x ) неизвестные функции от x, для которых граничные условия (5) требуют,

где неизвестная функции от x, которая, согласно граничным условиям (6), равна нулю, а

С учетом (14) получим выражения для составляющих скорости течения вязкой жидкости и распределения давления:

практических случаях жидкость выдавливается из под пластин при атмосферном давлении

P P0 . Тогда выражение

которое является точным решением уравнения (4), справедливо на всей длине линий x l .

Видно, что давление в слое между пластинами распределяется по параболическому закону. Подставляя значения (15), (16) и (18) в известные выражения [7]

81

Научный журнал строительства и архитектуры

получим для компонентов напряжений, возникающих при плоской деформации исследуемой жидкости в координатах x, y, выражения:

Последнее выражение можно использовать в вискозиметрии для практического определения коэффициента вязкости , формуемого материала композита при известных значе-

ниях F и 0 .

Выражение (12) позволяет, по крайней мере, качественно построить план скоростей в форме линий тока, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением скорости частиц вязкого композита (рис. 3).

Рис. 3. Схема плана скоростей (линий тока) частиц композитной массы в плоскости скольжения

Если предположить, что процесс прессования протекает при постоянной нагрузке, то можно определить время, при котором толщина композита станет равной заданной. Допустим, что нижняя плита пресса неподвижна, а перемещение верхней происходит суммарным действием силы тяжести самой плиты и некоторого дополнительного груза. Обозначая об-

82

Тогда для скорости нагруженной плиты получим выражение:

Если предположить, что скорость мала, то из последнего уравнения получим формулу зависимости времени сжатия слоя от его толщины:

Выражение (30) так же, как и (25), может служить для приближенного расчета коэффициента вязкости вещества.

2. Описание релаксационных процессов затвердевающих композитов. По техноло-

гии производства композиционных материалов предусмотрена выдержка под давлением отпрессованных листов с целью снятия внутренних напряжений, отверждения связующего, выравнивания температурных и влажностных полей.

Внутренние напряжения являются следствием незавершенных релаксационных процессов и выступают основной причиной коробления листового композита. Сказанное объясняет актуальность задачи исследования релаксационных процессов в композиционных материалах, находящихся в условиях напряженно-деформируемого состояния.

Скорость прессования, включая выдержку под давлением, зависит от скорости релаксации внутренних напряжений. В материалах типа углепластиков [10-12] изменение внут-

ренних напряжений протекает в соответствии с моделью вязкоупругого тела, состоящей из пружины и демпфера, включенных последовательно (рис. 4).

Рис. 4. Модель вязкоупругой среды Максвелла

с модулем упругости E и коэффициентом вязкости

Если материал, подвергнутый деформации под влиянием нагрузки, оставить под нагрузкой таким образом, чтобы не происходило дальнейшее изменение его формы, а суммарная деформация оставалась постоянной, то нагрузка будет уменьшаться со временем. Действительно, в процессе деформации материала, соответствующей модели (рис. 4), напряжение

впружине и демпфере будут одинаковы. И если деформации обозначить соответственно

1 и 2 , то

Если мгновенно в момент t=0 системе сообщена деформация 0 , то в момент времени t

напряжение будет изменяться в соответствии с (32):

E t

E 0 ( 1 e ). (33

Здесь время релаксации напряжений, в течение которого напряжения умень-

E

шаются в e раз. Релаксация напряжений в зависимости от вида композиционного материала

83

Научный журнал строительства и архитектуры

длится от нескольких минут до нескольких месяцев. И, как было уже сказано, скорость прессования зависит от скорости релаксации, то время релаксации становится важным параметром прогнозирования качества выпускаемой продукции.

Выводы. По результатам исследования можно сделать следующие выводы:

1.Предложена реологическая модель, описывающая свойства композитной массы в процессе плоского прессования.

2.Получены аналитические зависимости параметров напряженно-деформированного

состояния: компонентов напряжения и давления прессования.

3.Получены аналитические выражения для составляющих скорости течения прессуемого материала, позволяющие графически построить план скоростей.

4.Получено выражение для времени прессования, позволяющее экспериментально определить коэффициент вязкости деформируемой среды.

5.На основе линейной вязкоупругой модели в рамках одноосной деформации проведен анализ изменения внутренних напряжений.

Библиографический список

1.Александров, С. Е. Сжатие вязкопластического слоя между шероховатыми параллельными плитами / С. Е. Александров, И. Д. Баранова, Г. Мишурис // Изв. РАН. МТТ. – 2008. – № 6. – С. 33-39.

2.Анциферов, В. Н. Механика процессов прессования порошковых и композиционных материалов /

В. Н. Анциферов, В. Е. Перельман. – М.: Грааль, 2001. 631 с.

3.Аристов, С. Н. Течения вязкой жидкости между подвижными параллельными плоскостями / С. Н. Аристов, Д. В. Князев // Известия Российской Академии наук. Механика жидкости и газа. – 2012. – № 4. – С. 55-61.

4.Бахтеев, О. А. Математическое моделирование процесса прессования порошка диоксида урана при изготовлении таблеток ядерного топлива / О. А. Бахтеев, А. В. Лысиков, Е. Н. Михеев и др. // Вестник национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». – 2014. – т. 3, № 6. – с. 618-622.

5.Бураго, Н. Г. Математическая модель для расчета прессования и спекания порошковых материалов / Н. Г. Бураго, И. С. Никитин // Южный федеральный университет; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. — Издательство Южного федерального университета Ростов-на-Дону; Таганрог, 2017. –

С. 21-27.

6.Дорняк, О. Р. Математическое моделирование процесса прессования древесины в различных направлениях механической анизотропии // Известия вузов. Северо–Кавказский регион. Технические науки. Спец. выпуск "Композиционные материалы".– 2005. – С. 85-92.

7.Егер, Дж. К. Упругость, прочность и текучесть / Дж. К. Егер ; пер. а англ. Ю. Н. Востропятова;

под ред. О. В. Лужина. – Москва: МАШГИЗ, 1961. – 172 с.: ил. – Библиогр.: 170 с.

8.Козлов, Г. В. Дисперсно-наполненные полимерные нанокомпозиты: монография / Г. В. Козлов, Г. Е. Заиков, О. В. Стоянов, А. М. Кочнев, Казан. нац. исслед. технол. ун-т .— Казань: КНИТУ, 2012 .— 125 с.: ил. — Библиогр.: с. 111-124.

9.Кумицкий, Б. М. Математическое моделирование процесса склеивания древесного шпона в условиях плоского прессования фанеры / Б. М. Кумицкий, Н. А. Саврасова, Е. В. Кантиева // Лесотехнический журнал. – 2018. – Т. 8. – № 2 (30). – С. 204–212. – Библиогр.: с. 209-211.

10.Кумицкий, Б. М. Математическое моделирование холодного прессования листового композита / Б. М. Кумицкий, Н. А. Саврасова, В. Н. Мелькумов, Е. С. Аралов // Научный журнал строительства и архитектуры. – 2020. – № 1 (57). – С. 42-50.

11.Лукьянов, Н. А. Реологическая модель и уравнение течения упруго-вязко-пластичной массы /

Н. А. Лукьянов, М. А. Степанов, А. А. Королев // Вестник МГСУ. – 2013. – № 5. – С. 43-48.

12.Магомедов, Г. О. Реологическая модель деформационного поведения сахарного теста в условиях одноосного сжатия / Г. О. Магомедов, А. А. Журавлев, Т. А. Шевякова, И. В. Плотникова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2014; – № 4 – С.110-114.

13.Плотников, Н. П. Совершенствование технологии производства древесноплитных материалов. / Н. П. Плотников, Г. П. Плотникова // Новосибирск: НП «СибАК», 2013. – 112 с.

14.Саврасова, Н. А. Математическое моделирование плоского прессования слоистых пластиков. /

Н. А. Саврасова, А. Д. Агапов, Б. М. Кумицкий // Современные проблемы теории машин. Новокузнецк. изд-во

НИЦМС. 2018. с. 50-55.

15. Ханефт, А. В. Основы механики сплошных сред в примерах и задачах. Ч. 1. Гидродинамика : учебное пособие / А. В. Ханефт ; М-во образования и науки РФ, Гос. образовательное учреждение высш. проф.

84

образования Кемеровский гос. ун-т, Каф. теоретической физики. - Кемерово : ГОУ ВПО Кемеровский гос. ун-т,

2010. – 97 с.

16.Чубинский, А. Н. Моделирование процессов склеивания древесных материалов / А. Н. Чубинский, В.В. Сергеевичев. – Санкт-Петербург – 2007. – 176 с.

17.Adams, M. J. An analysis of the plane-strain compression of viscoplastic materials / M. J. Adams, B. J. Briscoe, G. M. Corfield // Trans. ASME. J. Appl. Mech. – 1997. – V. 64. – P. 420–424.

18.Bunoiu, R. Asymtotic behavior of a Bingham fluid in thin layers / R. Bunoiu, S. Kesavan // J. Math. Anal.

– Appl. – 2004 – 293 (2), 405-418.

19.Prandtl, L. Anwendungsbeispiele zu einem Henckyschen Salz uber das plastische Gleichgewicht // Zangew. Math. Mech. – 1923. – Bd 3. – P. 401-406.

20.Sherwood, J. D. Squeeze flow of a power-law viscoplastic solid / J. D. Sherwood, D. Durban // J. NonNewton. Fluid Mech. – 1996. – Vol. 62, No. 1. – pp. 35-54.

21.Wilson, S. D. R. Squeezing flow of a Bingham material, J. Non-Newtonian Fluid Mech. – 1993. – № 47. – pp. 211-219.

22.Zhu, H. Non-Newtonian fluids with stress. / H. Zhu, Y. D. Kim, D. D. Kee // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. – 2005. – V. 129, № 3. – P. 177-181.

References

1.Aleksandrov, S. E. compression of the viscoplastic layer between rough parallel plates / S.E. Aleksandrov, I. D. Baranova, G. Mishuris // Izv. RAS. MTT. 2008. no. 6. P. 33-39.

2.Antsiferov, V. N. Mechanics of pressing processes of powder and composite materials / V. N. Antsiferov,

V.E. Perelman. - M. : Graal, 2001. 631 p.

3.Aristov, S. N. Flows of a viscous liquid between mobile parallel planes / S. N. Aristov, D. V. Knyazev // Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Mechanics of liquid and gas, 2012, no. 4, p. 55-61.

4.Bakhteev, O. A. Mathematical modeling of the process of pressing uranium dioxide powder in the manu-

facture of nuclear fuel tablets / O. A. Bakhteev, A.V. Lysikov, E. N. Mikheev and others // Bulletin of the national research nuclear University "MEPhI". - 2014. – vol. 3, no. 6. – p. 618-622.

5. Burago, N. G. Mathematical model for calculating pressing and sintering of powder materials /

N.G. Burago, I. S. Nikitin // southern Federal University; Keldysh Institute of applied mathematics, Russian Academy of Sciences — southern Federal University press, Rostov-on-don; Taganrog, 2017. – p. 21-27.

6.Dornyak, O. R. Mathematical modeling of wood Pressing process in various directions of mechanical anisotropy // Izvestiya vuzov. North Caucasus region. Technical science. 2005. Special issue "Composite materials", p. 85-92.

7.Jaeger, J. K. Elasticity, strength and fluidity / J. K. Jaeger ; per. a Engl. Yu. N. Vostropyatova ; ed.

O.V. Luzhin. - Moscow : MASHGIZ, 1961. - 172 p.: ill. - Bibliogr.: 170 p.

8.Kozlov, G. V. Dispersed-filled polymer nanocomposites: monograph / G. V. Kozlov, G. E. Zaikov, O. V. Stoyanov, a.m. Kochnev, Kazan national research Institute. technol. UN-t .— Kazan : KNITU, 2012 .— 125 p.: ill. — Bibliogr.: p. 111-124.

9.Kumitsky, B. M. Mathematical modeling of the process of gluing wood veneer in the conditions of

flat pressing of plywood / B. M. Kumitsky, N. A. Savrasova, E. V. Kantieva // Forest engineering journal. – 2018. – Vol. 8. – № 2 (30). – p. 204-212. – Bibliogr.: p. 209-211.

10. Kumitsky, B. M. Mathematical modeling of cold pressing of sheet composite / B. M. Kumitsky, N. A. Savrasova, V. N. Melkumov, E. S. Aralov // Scientific journal of construction and architecture. - 2020. -

№1 (57). - p. 42-50.

11.Lukyanov, N. A. Rheological model and equation of elastic-visco-plastic mass flow / N. A. Lukyanov, M. A. Stepanov, A. A. Korolev // Vestnik MGSU ,2013, no. 5, p. 43-48.

12.Magomedov, G. O. rheological model of deformation behavior of sugar dough under uniaxial compression / G. O. Magomedov, A. A. Zhuravlev, T. A. Shevyakova, I. V. Plotnikova // Bulletin of the Voronezh state University of engineering technologies. 2014; (4) :110-114.

13.Plotnikov, N. P. Improving the technology of production of wood-plate materials. / N. P. Plotnikov, G. P. Plotnikova // Novosibirsk: NP "Sibak", 2013. 112 p.

14.Savrasova, N. A. Mathematical modeling of flat pressing of layered plastics / N. A. Savrasova, A.D.

Agapov, B. M. Kumitsky // Modern problems of theory of machines. Novokuznetsk. vol NICS. 2018. p. 50 55.

15.Haneft, A.V. Fundamentals of continuum mechanics in examples and problems. part 1. Hydrodynamics : textbook / A.V. Haneft ; Ministry of education and science of the Russian Federation, State educational institution of higher education. education Kemerovo state. UN-t, Department of theoretical physics. - Kemerovo : state educational institution of higher education Kemerovo state. UN-t, 2010. - 97 p.

16.Chubinsky, A. N. Modeling of gluing processes of wood materials / A. N. Chubinsky, V. V. Sergeevichev. - Saint Petersburg - 2007. - 176 p.

85

Научный журнал строительства и архитектуры

17.Adams, M. J. An analysis of the plane-strain compression of viscoplastic materials / M. J. Adams, B. J. Briscoe, G. M. Corfield // Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1997. V. 64. P. 420–424.

18.Bunoiu, R. Asymtotic behavior of a Bingham fluid in thin layers / R. Bunoiu, S. Kesavan // J. Math. Anal. Appl., 293 (2) (2004), 405-418.

19.Prandtl, L. Anwendungsbeispiele zu einem Henckyschen Salz uber das plastische Gleichgewicht // Zangew. Math. Mech. 1923. Bd 3. P. 401–406.

20.Sherwood, J. D. Squeeze flow of a power-law viscoplastic solid / J. D. Sherwood, D. Durban // J. NonNewton. Fluid Mech., Vol. 62, No. 1, pp. 35-54, 1996.

21.Wilson, S. D. R. Squeezing flow of a Bingham material, J. Non-Newtonian Fluid Mech. 47 (1993) 211-

219.

22.Zhu, H. Non-Newtonian fluids with stress. / H. Zhu, Y. D. Kim, D. D. Kee // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 2005. V. 129 № 3. P. 177-181.

RHEOLOGICAL MODELING OF THE STRESS-STRAIN IN FLAT COMPACTION

OF COMPOSITE MATERIALS

B. M. Kumitsky 1, N. A. Savrasova 2, A. V. Nikolaichik 3, E. S. Aralov 4

Voronezh State Technical University Russia, Voronezh

Military Training and Scientific Center of the Air Force

«Air Force Academy named after prof. N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin» 2

Russia, Voronezh

1PhD in Physics and Mathematics, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, tel.: +7-999-401-60-87, e-mail. boris-kum@mail.ru

2PhD in Physics and Mathematics, Assoc. Prof. of the Dept. of Physics and Chemistry, tel.:+7-951-872-94-25, e-mail: savrasova-nataly@mail.ru

3PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business,

tel.: +7(473) 271-53-21, e-mail. teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

4 PhD student of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, tel.:+7-960-125-29-96, e-mail: vgtu.aralov@yandex.ru

Statement of the problem. The article investigates the deformation behavior of a composite material in the process of its flat pressing. To solve this problem, a rheological model is proposed which is based on the phenomena occurring in a viscous (Newtonian) incompressible fluid that occupies the volume between two absolutely rigid parallel planes of finite dimensions of rectangular shape approaching at a low speed. Within the framework of mechanics of a continuous medium under conditions of a plane deformed state, the problem is addressed in two dimensions about a slow flow in the absence of volume forces and inertial effects. In this case, the solution of the equation of motion with continuity conditions is reduced to the well-known Laplace equation. In addition, based on the model of linear viscoelasticity and uniaxial stress, an attempt has been made to describe the relaxation phenomena occurring in the solidifying composite at the end of the active pressing process.

Results and conclusions. Analytical dependences of the power parameters of the stress-strain of the compressed composite are obtained; relations for the kinematic characteristics of the pressing process are identified; an expression is designed for the relaxation of stresses during the technological holding of the material under pressure following the end of active pressing. The results of the study make it possible to experimentally determine the numerical values of the dynamic coefficient of viscosity and stress relaxation time which are important characteristics in controlling the pressing processes.

Keywords: relaxation, rheological model, viscosity, Newtonian fluid, compression.

86

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

DOI 10.36622/VSTU.2020.60.4.009 УДК 625.7/.8(075.8)

АЛЬТЕРНАТИВА СИСТЕМЕ SUPERPAVE

ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РЕГИОНАЛЬНЫХ ДОРОЖНЫХ НИИ

С. В. Носов 1

Липецкий государственный технический университет 1

Россия, г. Липецк

1 Д-р техн. наук, проф. кафедры строительного материаловедения и дорожных технологий,

тел.: 8-903-699-3180, e-mail: nosovsergej@mail.ru

Постановка задачи. Для решения сложных проблем в области дорожного строительства главной задачей в области научных исследований является на сегодняшний день формирование и развитие региональных дорожных научно-исследовательских институтов или научно-исследовательских

дорожных лабораторий.

Результаты. Рассмотрены достоинства и недостатки двух методологий на пути повышения качества и долговечности основных конструктивных элементов автомобильных дорог (земляного полотна и дорожных покрытий), учитывающих множество основных и второстепенных факторов. Одна из методологий достаточно хорошо известна и обеспечивает на сегодняшний день требуемый уровень качества асфальтобетона за рубежом в рамках системы Superpave. Вторая

методология основывается на реологическом подходе к совершенствованию технологий уплотнения дорожно-строительных материалов и известна дорожникам пока еще мало.

Выводы. Установлено, что развитие первой методологии научных исследований у нас в стране весьма затруднительно, а второй – вполне доступно и реально на базе сформированных региональных научно-исследовательских дорожных организаций. При этом концепция их

формирования определяет существенные преимущества применения второй методологии.

Ключевые слова: концепция, методология, дорожно-строительные материалы, качественные автомобильные

дороги.

Введение. Сегодня особенно востребованы исследования накопившихся проблем в таких направлениях дорожной отрасли, как разработка дорожно-строительных материалов,

разработка технологий строительства, реконструкции и эксплуатации автомобильных дорог, а также ямочного ремонта, уплотнения материалов (правильного применения средств уплотнения) и контроля качества дорог на основе новых научных подходов. Так, на сегодняшний день хорошо известна технология Superpave [3, 10, 11] как целая система разработок, значи-

тельно продвинувшая развитие научных знаний в области дорожного строительства.

В нашей стране знания в области развития сети автомобильных дорог сегодня определяются в основном сформированными нормативными документами прошлого века или новы-

© Носов С. В., 2020

87

Научный журнал строительства и архитектуры

выми на их основе. При этом в последние годы осуществляется их пополнение на пути появления новых дорожно-строительных материалов и дорожно-строительных машин. Дальней-

шее расширение научных исследований в области дорожного строительства страны и отдельных ее регионов в целях обеспечения надлежащей безопасности автомобильных дорог и высокого качества дорожного строительства необходимо рассматривать в рамках взаимоувязанной комплексной системы «Человек – машина – рабочий орган – объект воздействия – окружающая среда». Следует отметить особым образом, что большая часть проблем должна решаться на основе изучения реологических свойств дорожно-строительных материалов с

применением теории наследственной ползучести [6, 7, 9, 17 – 21]. Именно это является новаторским подходом, а технология Superpave – одной из форм этого подхода.

Необходимы структуры, где можно быстро проверять различные идеи с организацией во всех региональных центрах дорожных научно-исследовательских лабораторий, а в перспективе – дорожных научно-исследовательских институтов. Принцип их работы должен ос-

новываться на применении новых, не получивших пока широкого распространения научных знаний, включающих различные методологии, концепции и методы исследований с дополнительным наличием специально разработанных стендов, установок и устройств.

Такой принцип развития научно-исследовательских дорожных лабораторий или регио-

нальных дорожных НИИ является наиболее привлекательным, снижающим относительную степень неопределенности развития научно-технического потенциала дорожной отрасли ре-

гионов и осуществляющим скачек в развитии транспортных магистралей региона.

Для решения сложных проблем в области дорожного строительства на сегодняшний день необходимо формирование и развитие региональных дорожных научно-

исследовательских институтов и лабораторий.

Таким образом, развитие научных исследований на местах в дорожной отрасли регионов страны на базе создаваемых дорожных НИИ или научно-исследовательских дорожных

лабораторий на основе разработанных наиболее прогрессивных методологических подходов в дорожной отрасли является актуальной задачей.

Целью настоящего исследования является обоснование необходимости формирования региональных дорожных научно-исследовательских институтов с использованием наиболее

прогрессивных методологических подходов к проведению научных исследований, способствующих снижению относительной степени неопределенности развития научно-технического

потенциала дорожной отрасли регионов.

1. Методология реологического подхода к совершенствованию технологий уплотнения дорожно-строительных материалов. Общеизвестно, что уплотнение дорожно-

строительных материалов является основной и наиболее ответственной операцией в технологических процессах строительства и реконструкции автомобильных дорог. Технологии уплотнения определяют несущую способность, характеризующую прочность, жесткость, устойчивость к сдвигу и долговечность возводимой конструкции автомобильной дороги.

Здесь рассматриваются различные задачи с разных методологических позиций. Но постоянно востребованы и предлагаются новые подходы к изучению проблем дорожно-

строительной отрасли с привлечением факторов, на которые ранее, в силу объективных причин, недостаточно или вообще не обращалось внимания.

Решением проблемы повышения качества и эффективности уплотнения грунтов земляного полотна и дорожных асфальтобетонных смесей занимались и занимаются различные научно-

исследовательские институты, академии и университеты, как в нашей стране, так и за рубежом. Первым среди ученых, кто обратил внимание на исследование уплотнения асфальтобе-

тонной смеси катком с позиций теории наследственной ползучести, был Иванченко С.Н. [2], который разделил процесс накопления обратимых и необратимых деформаций уплотняемого слоя во времени, исследовав при этом данный процесс путем штамповых испытаний асфальтобетонной смеси с применением постоянной нагрузки. В работе Шестопалова А.А. [12] раз-

88

работаны исходные принципы развития необратимых деформаций на основе реологического подхода к уплотнению вакуумированных асфальтобетонных смесей. Именно с этого времени в нашей стране начались глубокие исследования проблемы уплотнения дорожно-

строительных материалов с реологических позиций на основе применения теории наследственной ползучести упруго-вязко-пластичных материалов.

Таким образом, можно смело заявить, что технология Superpave, разработки которой начались только в 80-90-х годах прошлого века с привлечением Института асфальта и веду-

щих университетов США, на основе позиций нелинейного деформирования и изучения реологических свойств асфальтобетона, разработана уже гораздо позже. Кроме того, как будет показано далее, система Superpave является одной из форм разработанного в нашей стране

реологического подхода к оценке деформационных свойств с позиций исследования сложного объемного напряженно-деформированного состояния дорожно-строительных материалов.

В дальнейшем кроме асфальтобетонных смесей были исследованы и грунты земляного полотна автомобильных дорог с единых методологических позиций на основе предложенного реологического подхода с применением теории наследственной ползучести упруго-вязко-

пластичных материалов, обладающих нелинейными свойствами [4, 5, 8, 17, 18, 20, 21]. Разработанная методология реологического подхода к совершенствованию технологий

уплотнения дорожно-строительных материалов учитывает влияние различных факторов,

включая и такие, на которые ранее не обращалось внимания вообще, но от которых, однако, существенно может зависеть эффективность их уплотнения. К таким факторам относятся:

изменение во времени скорости действующих нагрузок и время их воздействия на уплотняемый материал, фиксируемые посредством интегральных уравнений связи с развиваемыми деформациями (вертикальными, продольными, поперечными и угловыми);

экспоненциально-степенные функции скоростей ползучести и релаксации, характе-

ризующие реологические особенности уплотняемого материала;

экспериментальные данные в виде уравнений регрессии, составленных на основе допущений подобия кривых ползучести уплотняемого материала, фиксирующие влияние таких параметров технологического процесса уплотнения, как температура, плотность и толщина уплотняемого слоя, параметров вибрации и грунтозацепов уплотнителей;

тип межмостового дифференциала и колесная формула колесной машины или тип подвески и форма распределения давлений на грунт гусеничной машины;

режимы движения уплотнителей (ведущий, ведомый и др.).

Следует отметить, что известные факторы, влияющие на интенсивность и качество уплотнения, также учтены в предложенной методологии. К ним относятся: масса машины и контактные давления под уплотнителем; размеры и форма уплотнителя; параметры вибрации уплотнителей динамического действия; скорость перемещения средств уплотнения; количество проходов по следу; параметры состояния уплотняемых слоев дорожно-строительных

материалов (вид и влажность грунта, толщина и плотность уплотняемого слоя, тип, марка и температура асфальтобетонной смеси, линейные и сдвиговые модули деформации уплотняемых слоев); параметры окружающей среды (температура воздуха, скорость ветра).

При этом оговоренные уравнения регрессии, характеризующие изменение модулей сдвиговой и линейной деформации, а также коэффициент поперечной деформации уплотняемого слоя, получаемые на основе лабораторных данных при моделировании процесса нагружения слоя дорожной асфальтобетонной смеси или грунта посредством плоского штампа, позволяют сохранить инвариантность методов определения основных характеристик уплотняемого слоя, а также получить универсальную модель, являющуюся основой для моделирования конкретных технологических процессов уплотнения дорожно-строительных материалов. Именно на основе использования теории деформирования нелинейных упруго-вязко-

пластичных материалов с применением теории наследственной ползучести и базируется формирование рассматриваемой методологии реологического подхода.

89

Научный журнал строительства и архитектуры

Разработанные методологические основы совершенствования технологий уплотнения дорожно-строительных материалов должны обязательно учитываться и являться одним из

основных направлений в развитии и совершенствовании технологий дорожного строительства. На основе специально проведенных исследований установлено, что в зависимости от времени взаимодействия уплотнителя с уплотняемым материалом точность в расчетах показателей процесса уплотнения может быть повышена в 3…8 раз [5, 8].

С учетом всех перечисленных особенностей и факторов рассчитываются компоненты девиаторов напряжений и деформаций при расчете напряженно-деформированного состояния дорожно-строительных материалов. Важная особенность аналитического описания процессов уплотнения дорожно-строительных материалов состоит в его универсальности. Здесь

частные случаи уплотнения описываются путем подстановки соответствующих значений параметров моделей в решение общей задачи теории уплотнения, которая служит методической основой для достоверной оценки показателей технологических процессов уплотнения дорожно-строительных материалов.

Рассматриваемая методология включает: отражающие сущность и динамику процессов математические модели; методы определения показателей оценки процесса уплотнения для различных условий производства работ; рекомендации по повышению качества и эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов.

Интенсификация и повышение качества процесса уплотнения в рамках рассматриваемой методологии могут быть обеспечены при совмещении двух независимых направлений, которые могут развиваться и самостоятельно:

изменение реологических характеристик дорожно-строительных материалов (па-

раметров функций скоростей ползучести и модулей деформации) и повышение их прочностных свойств путем подбора составов или использования новых физических эффектов в строительстве дорог и технологий в производстве дорожно-строительных материалов;

в конкретных условиях производства работ варьирование параметрами технологических процессов уплотнения, включая режимы работы и параметры применяемых средств уплотнения при условии соответствия напряженно-деформированного состояния уплотняе-

мых материалов их несущей способности. При этом должны быть учтены закономерности его изменения под различными уплотнителями на основе использования аналитических зависимостей, функций подобия, определяемых в лабораторных условиях, и применяемых критериев эффективности.

Это также приведет к развитию конкурентно-способных технологий уплотнения до- рожно-строительных материалов при снижении материально-технических, трудовых и топ- ливно-энергетических ресурсов.

Таким образом, использование развития реологии дорожно-строительных материалов,

анализ полученных представлений об их изменяющихся свойствах на базе предложенных критериев эффективности, учет интенсивности изменения и времени действия уплотняющих нагрузок, выявление и учет конструктивных особенностей применяемых машин, а также условий производства работ являются определяющим на сегодняшний день и в обозримом будущем путем выбора технологических параметров процессов уплотнения, включая технологические режимы работы применяемых уплотнителей.

Применение разработанных математических моделей взаимодействия жесткого вальца, пневматического колеса и гусеничного движителя с уплотняемыми дорожно-строительными

материалами позволяют объяснить многие противоречивые результаты различных исследователей. Так, в частности, уже установлено, что максимальная эффективность использования виброкатков при уплотнении горячих асфальтобетонных смесей лежит в интервале скоростей движения от 0,4 до 0,85 м/с, который соответствует увеличенному значению их массы. Это отвечает общей тенденции увеличения их массы. Установлено также, что применение их

спостоянными параметрами вибрации возможно только на промежуточной стадии уплотне-

90