1523

В заключение приводим значения собственных частот крутильных колебаний трансмиссии, определяемых методом последовательных приближений и для принятых исходных данных, соответственно равных: первая форма колебаний – 616 рад/с; вторая форма колебаний – 1222 рад/c; третья форма колебаний – 1253 рад/с.

Отмечается целесообразность проведения динамических исследований механической системы с учетом присоединенных агрегатов в составе двигателя внутреннего сгорания, сцепления, коробки переменных передач.

Список литературы

1.Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: теория и конструкция автомобиля и двигателя: учеб. для студ. учрежд. сред. проф. образования / под ред. А.А. Юрчевского. – М.: Академия, 2005. – 816 с.

2.Терских В.П. Крутильные колебания валопровода силовых установок. – Л.: Судостроение, 1971. – Т. 1–4. – 307 с.

Об авторах Юртаев Рустам Ильгизович – студент кафедры автомобилей

итехнологических машин, Пермский национальный исследователь-

ский политехнический университет, e-mail: com.hitsugaya.ru@mail.ru.

Чудинов Владислав Александрович – студент кафедры авто-

мобилей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

Кычкин Владимир Иванович – доцент кафедры автомобилей

итехнологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: atm@pstu.ru.

Дмитренко Владимир Михайлович – доцент кафедры автомо-

билей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: atm@pstu.ru.

Щелудяков Алексей Михайлович – старший преподаватель кафедры автомобилей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: atm@pstu.ru.

681

5)расчет на прочность рамы для оценки безопасности пилота

вслучае аварийной ситуации;

6)определение крутильной жесткости рамы и дальнейшая оптимизации данного параметра.

Конструкция рамы болида класса «Формула Студент» должна отвечать ряду общих требований: малая масса, прочность, жесткость, технологичность. Помимо этого, рама болида должна соответствовать требованиям регламента соревнований [1], что касается прежде всего требований к материалам, компоновке элементов, профилям сечений элементов. Все вышеперечисленные требования регламента направлены главным образом на обеспечение безопасности пилота в случае аварийной ситуации.

Были рассмотрены все возможные типы несущих систем:

–пространственная трубчатая рама;

–монокок из композитных материалов;

–комбинация из монокока и рамы.

По результатам анализа типов конструкций несущих систем и технических возможностей начинающей команды было принято решение остановить выбор в качестве несущей системы на пространственной трубчатой раме ввиду отсутствия опыта в разработке и низкой стоимости.

Одним из немаловажных этапов при разработке несущей системы для начинающей команды является определение геометрических параметров. Главным образом на геометрические размеры рамы влияют требования регламента, тип посадки пилота, размеры силовых агрегатов (двигатель, дифференциал), расположение мест крепления элементов подвески. Для поиска оптимальных параметров и имитации посадки в болиде «Формула Студент» был создан макет для анализа положения пилота (рис. 1).

В результате определения оптимального положения пилота с использованием макета было принято решение использовать положение пилота лежа, с углом наклона спинки на 30°. Данная посадка обеспечивает достаточное удобство, обзор и позволяет уменьшить высоту центра масс автомобиля, что в дальнейшем положительно скажется на его управляемости.

Дальнейшим этапом являлось разработка модели рамы в программном продукте Solidworks 2015 [2]. Для определения геометрических размеров заднего подрамника использовалась модель двигателя мотоцикла Yamaha R6. Была создана модель 95 перцентиля человека для более качественной оценки модели рамы.

683

По результатам проведенных исследований в программном продукте Solidworks Simulation [4] были получены результаты в виде эпюр перемещений и запаса прочности (рис. 2), по которым можно судить, что спроектированная конструкция рамы в соответствии с частью Т обеспечивает безопасность пилота во время динамических испытаний на должном уровне (табл. 2).

Рис. 2. Эпюры запаса прочности и перемещений при нагружении вершины передней дуги силой 9 кН в вертикальном направлении

685

На дальнейшем этапе производилась оценка крутильной жесткости. Значение данного параметра играет большую роль, так как оказывает влияние на управляемость автомобиля в целом. По значению крутильной жесткости главным образом можно оценить степень рассогласования кинематических характеристик подвески и рулевого управления при движении автомобиля в повороте (крене), наезде на неровность.

В результате расчета жесткость базовой структуры составили 1378 Н·м/град при массе конструкции 27 кг.

Была определена крутильная жесткость усиленной несущей системы, которая составила 2576 Н·м/град при массе конструкции 33,5 кг.

Дальнейшим шагом было принято решение использовать съемную конструкцию Х образных распорок и поперечины между узлами соединения главной дуги с верхними трубами БЗС из труб АМг6 с сечением 30×3. В результате расчета полученная крутильная жесткость составила 2607 Н·м/град (рис. 3).

Рис. 3. Эпюра перемещений при расчете на кручение структуры рамы, усиленной распорками из АМГ6

Для наглядности полученные результаты расчета и оптимизации крутильной жесткости сведены в табл. 2.

686

Таблица 2

Результаты расчета и оптимизации крутильной жесткости рамы болида «Формула Студент» ПНИПУ

По результатам проведенной работы была спроектирована несущая система болида «Формула Студент» ПНИПУ.

Список литературы

1.2015 Formula SAE Rules [Электронный ресурс]. – URL: http://www.fsaeonline.com/content/2015-16%20FSAE%20Rules%20 revision%2091714%20kz. pdf (дата обращения: 15.05.2015).

2.Руководство для учащихся по изучению программного обес-

печения SolidWorks. Dassault Systèmes SolidWorks Corporation, 19952010; компания Dassault Systèmes S.A., 300 Baker Avenue, Concord, Mass. 01742 USA [Электронный ресурс]. – URL: https://www.solidworks.com/sw/docs/Student_WB_2011_RUS.pdf (дата обращения: 15.05.2015).

3.Головин Д.В., Бояршинов Д.А. Выбор материала для рамы болида «Формула Студент» // Студенческие инженерные проекты: сб. тр. III Всерос. форума. – М: Изд-во МАДИ, 2015. – С. 20.

4.An introduction to stress analysis applications with SolidWorks simulation, student Guide [Электронный ресурс]. – URL: http://www.solidworks.com/sw /docs/Simulation_Student_WB_2011_ENG. pdf (дата обращения: 15.05.2015).

Об авторе

Головин Данила Вячеславович – магистрант кафедры автомоби-

лей и технологических машин, Пермский национальный исследователь-

скийполитехническийуниверситет, e-mail: danilagolovin@gmail.ru.

687

УДК 624.154.51

С.В. Пискотин, Р.И. Шенкман

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ГРУНТОВОЙ КОЛОННЫ В ГЕОСИНТЕТИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ

Разработан первый этап метода расчета осадки одиночной грунтовой колонны в геосинтетической оболочке. Производится сопоставление результатов разработанного метода с существующим методом определения осадки одиночной сваи, изложенным в СП 24.13330.2011, а также с существующими на данный момент натурными испытаниями.

Ключевые слова: грунтовая колонна, осадка, геосинтетическая оболочка, аналитический метод расчета, напряженно-деформированное состояние.

S.V. Piskotin, R.I. Shenkman

DEVELOPMENT OF A METHOD OF CALCULATING

A SOIL COLUMN IN GEOSYNTHETIC MEMBRANE

Developed the first stage of the method of calculation of precipitation single dirt column in geosynthetic membranes. This article compares the results of developed method with the existing method of determining precipitation single piles presented in SP 24.13330.2011, as well as the currently existing field tests.

Keywords: soil column, sediment, geosynthetic membrane, the analytical method of calculation of stress-strain state.

Проблема строительства на слабых грунтах всегда требует взвешенного решения по применению той или иной технологии для улучшения свойств основания. Это решение складывается из многих факторов, один из них – это максимальная осадка возводимого сооружения. Проведение качественных расчетов позволяет выбрать из существующих технологий наиболее экономически эффективную, которая бы обеспечивала допустимую осадку сооружения.

Наряду с буронабивными, железобетонными и грунтоцементными сваями начинают пользоваться спросом грунтовые колонны в геосинтетической оболочке. В зарубежной литературе приведены

688

различные виды расчетов грунтовых колонн. B. Pulko и B. Majes предложили аналитический метод для описания напряженно-деформиро- ванного состояния грунтового массива и грунтовой колонны-стойки

всоставе фундамента [4]. D. Alexiew и M. Raithel разработали метод расчета по определению изменения диаметра грунтовой колонны при ее нагружении [5]. Но все исследования грунтовых колонн рассматривают их в качестве стоек, т.е. подошва колонн опирается на относительно несжимаемые (скальные, полускальные) грунты.

Использование грунтовых колон в геосинтетической оболочке

вкачестве висячей колонны может расширить спектр их применения. Но отсутствие методик расчета грунтовых колонн для таких условий затрудняет проектирование их и, соответственно, не способствует повышению интереса к ним.

Наши исследования направлены на изучение грунтовой висячей колонны в составе фундамента.

Сущность технологии заключается в устройстве скважины проектной глубины с последующим заполнением и уплотнением песчаного или щебеночного наполнителя, окруженного нетканым геосинтетическим материалом (геосинтетической оболочкой). Геосинтетическая оболочка предотвращает диффузию наполнителя с окружающим грунтом и препятствует поперечным деформациям наполнителя, тем самым обеспечивает постоянство деформативных характеристик исследуемой колонны.

На первом этапе разработки методики расчета висячей грунтовой колонны в составе фундамента стоит изучение одиночной висячей грунтовой колонны. Таким образом, оценка взаимодействия ее с окружающим массивом грунта заключается в определении усилий, реализующихся на боковой и торцевой поверхностях колонны, а также определении осадки.

За основу нами была взята методика определения напряженнодеформированного состояния свай глубокого заложения, разработанная З.Г. Тер-Мартиросяном, В.В. Сидоровым, П.В. Струниным [1].

Вданной модели рассматривается взаимодействие грунтовой

колонны длиной L, диаметром 2Rcv, расположенной внутри линейно деформируемого массива грунта цилиндрической формы диаметром 2Rgr (рис. 1). Величина передаваемого усилия на колонну равня-

ется P.

689