Способ хрусталёва е.н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред

Способ хрусталёва е.н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Способ Хрусталева Е.Н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и касается возможности достижения равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне контакта материальных сред, характеризующихся физическими параметрами - углом φ⁰ внутреннего трения и удельным сцеплением с (кГ/см²).

Известен способ получения равномерного контактного напряжения в зоне взаимодействия двух материальных сред - слабого грунтового основания с физическими параметрами - углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_Г (кГ/см²) с абсолютно гибким или абсолютно жестким сферическим штампом, при этом угол сектора полуконтакта сферического гибкого или жесткого штампа с грунтовым основанием в фазе максимальной упругости грунтового основания составляет величину ,

а с торфяной залежью -

,

где - краевая критическая нагрузка для торфяной залежи, - давление потери структурной прочности среды при растяжении,

- критическое давление для среды под центром штампа [1, 2].

Расчетные значения угла максимального полуконтакта материальных сред по радиусу R сферы или цилиндра практически оказываются заниженными для структурированных грунтов с углом внутреннего трения в 3,0…8 раз и для структурированных торфяных залежей с - соответствующими углу внутреннего трения торфа или заниженным в 3 раза.

Установлено на сегодняшний день, что только в предельном фазовом напряженно-деформированном состоянии материальной среды при ее разрушении угол полуконтакта двух сред должен соответствовать углу внутреннего трения наиболее слабой по прочности среды [2].

Технический результат по способу получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред, заключающемуся в том, что определяют и сравнивают упругие прочностные параметры контактирующих материальных сред - углы φ⁰ внутреннего трения и удельные сцепления с (кГ/см²), рассматривают деформируемую наиболее слабую материальную среду с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_сл (кГ/см²), достигается тем, что полный контакт двух сред производят по полусферической или полуцилиндрической поверхности, выпуклой со стороны более слабой среды под углом, равным удвоенному углу (2φ⁰) внутреннего трения более слабой по прочности среды, с радиусами взаимодействия двух контактирующих полусферических поверхностей - прямоугольных в плане со сторонами (b×l), - круглых в плане с диаметром d и полуцилиндрических поверхностей - прямоугольных в плане и шириной b, где угол внутреннего трения для структурированной среды и - для среды с нарушенной структурой.

Предлагаемый способ впервые позволяет определить геометрические параметры контактирующих материальных сред с равномерным распределением между ними напряжений через физический параметр наиболее слабой по прочности и наиболее деформируемой материальной среды - угол ее внутреннего трения, что повышает несущую способность и устойчивость сооружений на грунтовых основаниях, износоустойчивость и надежность работы контактирующих деталей машин.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - общий вид фундаментной плиты здания в отрытом котловане с выпуклой контактной поверхностью под радиус сферы R_сф или радиус цилиндрической поверхности прямоугольного фундамента длиной (1) и шириной (b) с равномерной эпюрой контактных напряжений σ_к - const; на фиг. 2 - вид А фиг. 1 фундаментной плиты с цилиндрической поверхностью; на фиг. 3 - вид А фиг. 1 фундаментной плиты со сферической поверхностью.

Пример реализации способа. Монолитная фундаментная плита 1 (фиг. 1) со зданием прямоугольной формы (b×l) (см.) (фиг. 2) проектируется на грунтовом основании, сложенном суглинком с удельным весом γ_стр=0,0022 (кГ/см³), с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_стр=0,2 (кГ/см²). Вес нагруженной плиты 250 т, габариты плиты b×l=6 м × 8 м, площадь плиты F=48 м². Плита укладывается на дне котлована 2 глубиной Н=2 м. Определим форму и параметры поверхности плиты с равномерно распределенным контактным давлением σ_к - const по ее площади.

Упругое состояние суглинка под плитой обеспечивается при контактном давлении р≤р_б, где гравитационное (бытовое) давление в грунте с ненарушенной структурой. Рабочее давление под плитой p_p=Р/F=250000/480000=0,52 (кГ/см²), что свидетельствует о том, что суглинок под плитой находится в нарушенном состоянии. Угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии

Таким образом, для создания равномерного контактного напряжения между суглинком и нагруженной фундаментной плитой необходимо прямоугольную площадь контакта плиты с грунтом выполнить выпуклой полусферической с радиусом сферы

(фиг. 3) или выпуклой полуцилиндрической (фиг. 2) с радиусом полуцилиндрической воронки сжатия вдоль длинной стороны .

Источники информации

1. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. Ч.II: Напряжения и деформации оснований сооружений: Монография. - Тверь: «Научная книга», 2007. - С. 71 (рис. 2.7), 72 (рис. 2.8), 76 (фиг. 2.9), 78 (фиг. 2.12), 80 (таблица 2.3), с 200-203.

2. Патент РФ №2343448. Способ определения несущей способности и осадок грунтового основания и торфяной залежи / Хрусталев Е.Н. Б.И. №1 от 10.01.2009 - Таблица 1.

Способ получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред, заключающийся в том, что определяют и сравнивают упругие прочностные параметры контактирующих материальных сред - углы φ⁰ внутреннего трения и удельное сцепление с (кГ/см²), рассматривают деформируемую наиболее слабую материальную среду с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_сл (кГ/см²), отличающийся тем, что полный контакт двух сред проводят по полусферической или полуцилиндрической поверхности, выпуклой в сторону более слабой среды под углом, равным удвоенному углу (2 φ⁰) внутреннего трения более слабой по прочности среды с радиусами взаимодействия двух контактирующих полусферических поверхностей - прямоугольных в плане со сторонами (b×l), - круглых в плане с диаметром d и полуцилиндрических поверхностей - прямоугольных в плане и шириной b, где угол внутреннего трения для структурированной среды и - для среды с нарушенной структурой.