1462
.pdfзаправочных станций, пунктов ремонта автомобилей и т.п.). И даже несмотря на это, стоимость трасс струнного транспорта при их одинаковой со всеми транспортными системами «второго уровня» производительности была в 5–10 и более раз дешевле.
Показатели экологической нагрузки на окружающую среду транспортных систем Юницкого значительно меньше по сравнению с другими видами транспорта. Это легко доказывается приведенными расчетами. Так, выброс вредных веществ 1 кг/100 пас.·км (или 100 т·км) у железнодорожного транспорта, метрополитена, троллейбуса и трамвая составляет более 0,1, автомобильного транспорта – более 1, авиационного транспорта – от 10 до 50 и более, морского и речного транспорта – более 10, нефтепроводного и газопроводного магистрального транспорта – более 1. В то же время выбросы вредных веществ в окружающую среду от работы электрифицированного струнного транспорта не пре-
высят 0,001.
Почему транспортные системы А.Э. Юницкого при всех их несомненных достоинствах до настоящего времени не используются в нашей стране и за рубежом? Все дело в том, что промышленная (серийная) нереализованность ТСЮ обусловлена не их недостатками или нерешенными научно-техническими проблемами, а отсутствием серьезного финансирования. Все работы вот уже в течение 35 лет ведутся в основном за счет автора и его ближайшего окружения, финансовые возможности которых весьма ограничены. Системная работа по привлечению инвестиций началась только в 2012 г., но она уже приносит свои результаты и дает надежду на успешную реализацию данного проекта, способного изменить наш мир.
Список литературы
1.Бургонутдинов А.М., Юшков Б.С. Общий курс путей сообщения: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. – 403 с.
2.Sky way: транспорт нового поколения [Электронный ресурс]. – URL: http://www.rsw-systems.com/.
Об авторах
Веселов Александр Васильевич (Магнитогорск, Россия) – канди-
дат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство и
361
автомобильные дороги», Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (455000, г. Магнитогорск, пр. Лени-
на, 38; e-mail: aleksandrovnaea@inbox.ru).
Пивоварова Ксения Александровна (Магнитогорск, Россия) –
студентка Института строительства, архитектуры и искусства, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
(455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38; e-mail: aleksandrovnaea@ inbox.ru).
362
УДК 625.7.032.32
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ АВТОДОРОГА – ГЕОСРЕДА
ПРИ ДЕЙСТВИИ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
Н.И. Горшков, М.А. Краснов
Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия
Рассматриваются особенности изменения напряженно-деформиро- ванного состояния модели системы автодорога – геосреда при «циклическом» нагружении поверхности асфальтобетонного покрытия нагрузкой от транспорта. Расчеты примеров выполнялись на основе программы метода конечных элементов GenIDE32.
Ключевые слова: напряжение, прочность, дорожная одежда, на- пряженно-деформированное состояние (НДС), метод конечного элемента
(МКЭ).
Как показал опыт расчетов модели системы автодорога – геосреда на действие циклических нагрузок [1, 2], в течение первых циклов на- грузки-разгрузки происходит изменение НДС системы, меняются значения величин и их графические зависимости. После нескольких циклов нагрузки-разгрузки величины, характеризующие НДС системы (до разрушения), принимают постоянные значения.
В статье [3] обсуждаются результаты авторских экспериментальных исследований по определению значений напряжения под прямоугольными жесткими и гибкими фундаментами при их первичном и повторных нагружениях (1000 этапов нагрузки-разгрузки). Выводы авторов статьи для гибких фундаментов (21×7×0,12 м): повторные нагружения могут вызвать существенные изменения значений напряжения под ними и даже привести к разрушению гибкого фундамента под нагрузкой, которая при первичном нагружении не вызывала опасных деформаций.
Цель выполненных исследований – анализ и оценка особенностей изменения НДС элементов системы модели автодорога – геосреда при циклическом нагружении поверхности асфальтобетонного покрытия на-
363
грузкой от транспорта. Все расчеты выполнялись на основе сертифицированной программы метода конечных элементов (МКЭ) GenIDE32 [4].
Приложение нагрузки к поверхности покрытия выполнялось в соответствии со следующим рекуррентным соотношением: рi = рi–1 + dpi,
где рi–1 = 0,00, dpi = 0,0204 МН/м и i = 1… n, n = 11 (нагрузка); рi = = рi–1 – dpi, где рi–1 = 0,204 МН/м, dpi = 0,0204 МН/м и i = 1… n, n = 11 (разгрузка). В серии предварительных расчетов выбрано число циклов,
равное шести, после которых величины, характеризующие НДС системы, принимали постоянные значения.
Конструкция дорожной одежды автодороги II категории в насыпи высотой 20 м: плотный асфальтобетон h = 0,04 м, пористый асфальтобетон h = 0,08 м, щебенистая смесь h = 0,64 м, песок крупный h = 0,39 м.
В построении графиков траекторий используются следующие величины: среднее напряжение σ = (σ1 + σ2 + σ3)/3, средняя относительная деформация ε = (ε1 + ε2 + ε3)/3, интенсивность нормальных напряжений
σi = (1/ 2 ) |
(σ −σ |
2 |
)2 +(σ |
2 |
−σ |
3 |
)2 |
+( |
σ |
3 |
−σ )2 |
, |
|
интенсивность линей- |
||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ных деформаций ε |
i |
= |
2(1/3) |
( |
ε −ε |
2 |
)2 +(ε |
2 |
−ε |
3 |
)2 +(ε |
3 |
−ε |
)2 |
. Графи- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||
ки траекторий являются основой так называемого паспорта прочности испытуемого грунта.
Графики, приведенные на рисунке, показывают траектории нагружения в конечных элементах значимых сечений: № 1 – по оси левой полосы наката, № 2 – то же правой полосы наката, № 3 – по оси между полосами наката, № 4 – по центральной оси дороги.
Анализ графиков показывает, что значительные отличия в графиках для первых циклов нагрузки-разгрузки наблюдаются в слое пористого асфальтобетона сечений № 1 и № 2, плотного асфальтобетона – сечений № 3 и № 4. Все графики траекторий нагружения, кроме графиков в КЭ плотного асфальтобетона сечений № 1 и № 2, имеют сложный вид.
Как показывают графики, первичные траектории нагружения отличаются от повторных.
В нижних КЭ пористого асфальтобетона сечений № 1 и № 2 происходит трансформация траекторий «удлинения» (см. рисунок, а, б) в траектории «раздавливания» (3-й ряд сверху).
364
а |
б |
в |
г |
Рис. Результаты расчетов – графики траекторий нагружения в КЭ асфальтобетонов (1-й ряд для плотного, 2-й и 3-й для пористого) и верха щебня (конструкция № 10, схема 2): а – сечение № 1; б – № 2; в – № 3; г – № 4
В верхних КЭ плотного асфальтобетона сечений № 3 и № 4 происходит трансформация траекторий «раздавливания» (см. рисунок, в, г) в сложные траектории «удлинения-разгрузки» и «раздавливаниянагружения» (первый ряд сверху).
Пористый асфальтобетон в сечениях № 1 и № 2 при повторных нагружениях работает в условиях объемного растяжения по σ.
Плотный асфальтобетон в сечениях № 3 и № 4, находящийся на 1-м этапе нагружения в состоянии объемного сжатия, при повторных нагружениях, до смены траектории в пространстве величин σ и σi, работает в условиях объемного растяжения по σ. Кроме этого, при по-
365
вторном нагружении происходит практически двукратное увеличение величины σi.
Подводя итог результатам исследований, можно отметить, что выявленные особенности изменения НДС элементов системы, заключающиеся в постепенном достижении постоянства траекторий нагружения после некоторого количества нагрузок-разгрузок, необходимо учитывать при выборе траекторий нагружения в стабилометрических испытаниях материалов дорожной одежды на деформируемость и прочность.
Список литературы
1.Горшков Н.И., Краснов М.А. Альтернативная методика: Проблемы проектирования автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями // Автомобильные дороги. – 2012. – № 6. – С. 64–66.
2.Горшков Н.И., Краснов М.А. Альтернативная методика: Проблемы проектирования автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями // Автомобильные дороги. – 2012. – № 7. – С. 90–92.
3.Довнарович С.В., Тепляков А.А. Напряжения в основании под жесткими и гибкими фундаментами при первичных и повторных нагружениях // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1987. –
№1. – С. 29–31.
5.Горшков Н.И., Краснов М.А. Программа GenIDE32 для решения прикладных задач геомеханики в строительстве [Электронный ресурс] / Сист. сертификации ГОСТ Р Федер. а-во по техн. регулированию и метрологии. – URL: www.femsoft.ru.
Об авторах
Горшков Николай Иванович (Хабаровск, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Тихоокеанский государственный универси-
тет (680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136; e-mail: Fem_soft@ mail.ru).
Краснов Михаил Александрович (Хабаровск, Россия) – инженер,
Тихоокеанский государственный университет (680035, г. Хабаровск,
ул. Тихоокеанская, 136; e-mail: Fem_soft@mail.ru).
366
УДК 625.731.8-192
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
М.Г. Горячев
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Россия
Продемонстрированы результаты компьютерного моделирования по прогнозу накопления пластических дефектов в нежесткой дорожной одежде. Новая модель построена на положениях теории роста энтропии как атрибута статистической физики.
Ключевые слова: дорожная одежда, теория энтропии, остаточные деформации.
Современные модели, описывающие поведение дорожной одежды при движении автомобилей и изменении внешних условий (упругие деформации, пластические смещения, разрушение), должны воспроизводить достаточно сложные процессы. Один из получающих в последнее время распространение подходов к имитированию работы дорожной одежды основан на энергетической теории, или теории роста энтропии [1, 2]. Энтропия представляет собой меру беспорядка системы, состоящей из многих элементов.
В основу модели положен главенствующий в современной математике принцип, заключающийся в замене макроскопических объектов объектами меньших размеров (желательно бесконечно малых размеров или, по крайней мере, намного меньших размеров, чем характерный размер самих слоев или колеса автомобиля). В соответствии с этим принципом слой дорожной одежды представляется совокупностью большого числа отдельных круглых элементов. Используемый метод моделирования близок к методу сглаженных частиц, или SPH-методу
(Smoothed Particle Hydrodynamics), который последние несколько лет применяется в компьютерной графике для получения высокореалистичного изображения различных сред, склонных к фрагментации. Также метод моделирования близок к методу конечных элементов, отличаясь от него тем, что узлы сетки могут перемещаться в соответствии
367
сзаконами классической динамики, а сама сетка при этом меняет свою конфигурацию. Разработан многоуровневый программный комплекс
для экспериментального (вычислительного) моделирования работы системы нежесткая дорожная одежда – земляное полотно1.
На рис. 1–3 приведены некоторые результаты моделирования последствий нагружения многослойной дорожной одежды различной по величине динамической нагрузкой. Характеристика составляющих многослойной системы:
–два слоя покрытия – пакет из асфальтобетона общей толщиной 10–18 см со средневзвешенным модулем упругости 2500 МПа;
–верхний слой основания – укрепленный вяжущим материал толщиной 12–16 см с модулем упругости 450–600 МПа;
–нижний слой основания – неукрепленный вяжущим каменный материал толщиной 15–18 см с модулем упругости 240–270 МПа;
–дополнительный слой основания – песок толщиной 30–40 см
смодулем упругости 100–120 МПа;
–рабочий слой земляного полотна – глинистый грунт с модулем упругости 30–40 МПа.
Рис. 1. Взаимосвязь накопленной средневзвешенной удельной энтропии
ипластической деформации для верхнего слоя покрытия толщиной 5 см (нагрузка 75 кН, скорость проезда 72 км/ч, количество проездов 106)
1Горячев М.Г. Программа для ЭВМ № 2013618724. Программа для моделирования разрушения дорожной одежды. Рег. 17 сентября 2013 г.
368
Рис. 2. Прогноз динамики пластического деформирования верхнего слоя покрытия толщиной 5 см при размере колесной нагрузки: 1 – 10 кН; 2 – 50 кН; 3 – 90 кН и скорости проезда 72 км/ч
Рис. 3. Влияние размера колесной нагрузки на глубину пластической колеи с учетом необратимого деформирования всех слоев дорожной одежды при 106 нагружений, скорости проезда 72 км/ч (боковые выпоры у колеи отсутствуют):
1 – наибольшая глубина колеи; 2 – средняя глубина колеи
Список литературы
1.Смирнов А.В., Александров А.С. Механика дорожных конструкций: учеб. пособие / СибАДИ. – Омск, 2009. – 211 с.
2.Завьялов М.А. Формирование и оценка состояния дорожного асфальтобетонного покрытия на основе термодинамической теории (от проектирования до ремонта): дис. ... д-ра техн. наук. – Омск, 2007. – 284 с.
Об авторе
Горячев Михаил Геннадьевич (Москва, Россия) – кандидат тех-
нических наук, доцент кафедры «Строительство и эксплуатация дорог», Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (125319, г. Москва, Ленинградский пр., 64; e-mail: kafedra_sed@mail.ru, Rudeger@rambler.ru).
369
УДК 625.731.8-192
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
М.Г. Горячев
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Россия
Продемонстрированы результаты компьютерного моделирования по прогнозу выбоин и усталостных трещин в асфальтобетонном покрытии нежесткой дорожной одежды. Новая модель построена на положениях теории роста энтропии как атрибута статистической физики.
Ключевые слова: дорожная одежда, теория энтропии.
Один из получающих в последнее время распространение подходов к имитированию работы дорожной одежды основан на энергетической теории, или теории роста энтропии [1, 2]. Энтропия S характеризует необратимые процессы и представляет собой меру беспорядка системы, состоящей из многих элементов.
В качестве критерия работоспособности дорожной одежды может выступать не сама энтропия, а энтропийная составляющая энергии ES (Дж), переданная дорожной одежде, приводящая к возникновению и накоплению дефектов:
N
Es = S Тсг = ∑ Aдрi ,
i=1
где Aдрi – работа по деформированию дорожной одежды, совершенная во время i-го проезда автомобиля, Дж; Тсг – среднегодовая температура в данной местности, К.
Кроме того, для практических оценок удобнее использовать не общую энтропию, а удельную энтропию Sуд, или удельную энтропийную составляющую энергии ESуд, характеризующую степень деформирования дорожной одежды единичной длины:
370