Для модели сжимаемого идеального изотропного упругопластического тела рассмотрена задача о полом шаре, на внешнюю и внутреннюю границы которого заданы разные давление и температура. Решается несвязанная задача в рамках теории малых деформаций. Принимается, что полные деформации равны сумме упругих и пластических деформаций, пластические деформации и напряжения связаны соотношениями ассоциированного закона течения. Упругие деформации определяются из соотношений закона Дюамеля-Неймана. Выбирается условие пластичности, не зависящее от первого инварианта тензора напряжений. При определении напряжения и деформации в пластической области рассматривается квазистатический подход, т.е. не указывается закон изменения внешних параметров воздействия (давление и температура на границах шара) до значений, принимаемых при вычислениях. В настоящей работе определены границы изменения перепада давления и температуры, для которых шар будет находиться в упругом состоянии. Установлено, что в зависимости от значений внешних параметров воздействия пластическая зона может зарождаться на внутренней или на внешней границе шара, или на внутренней и внешней границах одновременно, или между границами шара. В качестве примера приведены графики распределений напряжений, деформаций, перемещений, когда пластическая зона занимает некоторую часть, расположенную между внутренней и внешней границей шара. Приводятся графики годографа напряжений, которые являются элементами верификации решения задачи. В настоящей работе учитывается внешнее и внутреннее давление на полый шар, а также температура внешней и внутренней границы шара, что приводит к более общей постановке задачи и необходимости построения разных алгоритмов ее решения. Также определены области изменения внешних параметров, при которых полый шар находится в определенном состоянии.
Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета
2020. — Выпуск 3
Содержание:
Учет температурных напряжений важен при выполнении расчетов на прочность дорожного покрытия. В данной статье приводятся результаты исследования распределения нормальных температурных напряжений для компонент асфальтобетона. Показано логарифмически нормальное распределение нормальных температурных напряжений для включения и распределение Гаусса для нормальных температурных напряжений связующего. Исследование проведено с применением теоретических методов статистической механики композитов, аналитических методов решения статистической краевой задачи механики композитов, математического моделирования, методов программирования в математическом пакете MathCad.
Ключевые слова
Практика показывает, что для сварных конструкций, эксплуатируемых в условиях Крайнего Севера необходимо уделять внимание работоспособности сварных соединений при низких температурах. Металл сварных соединений в процессе воздействия обработки изменяет свои свойства, снижается ударная вязкость, образуется гетерогенная структура с большой степенью разнозернистости. Чтобы оценивать и иметь возможность правильно контролировать термическое воздействие и последствия сварочного процесса, требуется решить задачу аналитического определения ударной вязкости для всех зон сварного соединения. В настоящей статье представлен инженерный метод оценки ударной вязкости, применимый для любой зоны сварного соединения, в которой имеется острый или особый концентратор напряжений - трещина. Разработанный аналитический метод расчета ударной вязкости отражает качественную и количественную картину взаимосвязи структурно-механических характеристик и работы развития трещины в диапазоне температур 77…300 К. Предложенная схематизация зависимости критического коэффициента интенсивности напряжений от температуры позволила найти коэффициенты, характеризующие свойства материала, и выполнить расчеты изменения предела текучести и предела прочности от температуры эксплуатации. Построены графики зависимости работы развития трещины от температуры эксплуатации для сталей 15ГС и 17ГС, сравнение которых с экспериментальными данными показывает удовлетворительное согласование. Найдено, что при напряжениях предела выносливости отношение работы развития трещины к критической длине трещины постоянно, не зависит от температуры и для сталей 15ГС и 17ГС равно около 10.
Ключевые слова
Рассматривается возможность повышения эффективности резонансного метода разрушения ледяного покрова, т.е. путем возбуждения во льду резонансных изгибно-гравитационных волн амфибийными судами на воздушной подушке, при решении таких важных народнохозяйственных задач, как борьба с ледовыми осложнениями в виде заторов и зажоров на реках, текущих с юга на север; продление навигации на внутренних водных путях; раннее вскрытие ото льда водохранилищ на нижнем бьефе гидроэлектростанций с целью повышения их выработки электроэнергии и других задач за счет использования соответствующего маневрирования судов вблизи берега. Ввиду сложности процесса разрушения ледяного покрова из-за влияния на него близости берега в работе приведены только общие сведения по разрушению льда натурными судами на воздушной подушке в полевых условиях и результаты исследований, выполненных в опытовом бассейне на моделирующих ледяной покров упругих пленках. Показано, что использование такого маневра, как выход судна на берег во время выполнения ледокольных работ, может существенно повысить эффективность резонансного метода разрушения ледяного покрова, т.е. снизить энергозатраты на разрушение льда по сравнению с его реализацией в условиях бесконечного ледяного поля. Таким образом, было установлено, что в случаях, когда ледяной покров не удавалось разрушить при движении судов с резонансной скоростью (вес судна и давление в его воздушной подушке были недостаточными для разрушения льда данной толщины), то удавалось разрушить кромку льда при движении судна под углом к береговой линии с последующим выходом на берег. После чего, как показали результаты исследований, деформации ледяного покрова при последующем движении судов вдоль образовавшейся свободной кромки, а значит и изгибные напряжения во льду, существенно возрастали. В работе представлены результаты экспериментальных модельных исследований зависимости высоты изгибно-гравитационных волн, возбуждаемых в ледяном покрове движущейся нагрузкой, при выходе их на берег от угла наклона дна бассейна. Также приведены рекомендации по использованию угла наклона дна для повышения эффективности разрушения ледяного покрова (увеличения толщины разрушаемого льда) резонансным методом.
Ключевые слова
Увеличение объемов морских пассажирских перевозок в Социалистической Республике Вьетнам обусловливает необходимость разработки новых методов и моделей для проектирования конкурентоспособных судов. Этот поиск рациональных проектных решений отвечает современным требованиям экономической и функциональной эффективности, учитывает специфику и региональные особенности страны. Скоростные пассажирские катамараны хорошо зарекомендовали себя в сегменте пассажирских перевозок, так как конструктивные особенности выделяют их на фоне судов других типов. В статье рассмотрена математическая модель оптимизации проектных характеристик скоростных пассажирских катамаранов. Приведены основные аналитические зависимости, составляющие основу математической модели. На примере линии г. Ратьзя-о. Фукуок показаны результаты оптимизации основных проектных характеристик скоростных пассажирских катамаранов, в качестве которых рассматривались скорость хода и пассажировместимость.
Ключевые слова
Практика судоходства широко использует опыт посадки на грунт небольших судов, что очень важно для развития морской инфраструктуры Вьетнама. Отметим, что с увеличением размеров судов резко возрастают контактные нагрузки, следовательно, и вероятность повреждений корпусов. Ряд классификационных обществ учитывают это в части требований к проектированию. В настоящей статье авторы предприняли попытку выполнить анализ особенностей таких судов (требования классификационных обществ, их недостатки) для последующего развития методик их проектирования и постройки. Для развития кораблестроения во Вьетнаме для нужд туризма необходимо учитывать опыт других стран. Так, проведенное авторами статьи сравнение ветроволновых условий побережий Вьетнама и России показало возможность и целесообразность учёта российского опыта. Рассмотрены случаи повреждений корпусов при контактах судов с грунтом и ремонтов. Отмечена важная роль внешней конструктивной защиты в повышении надёжности таких судов, и то, что ей не уделяется достаточное внимание при проектировании.
Ключевые слова
Рассмотрены невыясненные вопросы крутильных колебаний судовых валопроводов с целью повышения точности расчета собственных частот крутильных колебаний путем определения наиболее точного метода приведения системы к дискретному виду. Исследуются две крутильно-колеблющиеся системы: экспериментальная установка простой конструкции (двухопорный вал с массами, имеющий привод от электродвигателя) и более сложная - главный пропульсивный комплекс портового буксира РБТ проекта 378. Для этого решается ряд задач: расчет установок двумя методами (с помощью классических уравнений определения инерционных и упругих характеристик системы и программ, использующих методы конечных элементов); торсиографирование названных систем для определения значений экспериментальных значений частот собственных колебаний; сравнительный анализ полученных расчетным и экспериментальным путем значений частот собственных колебаний: на его основе определяются наиболее точные методы расчета. Установлено, что оба рассматриваемых расчетных метода дают результаты приблизительно одной точности. Отмечено, что исследованные модели относительно просты с точки зрения их анализа и определения характеристик. Картина может измениться в случае более сложных систем: тогда один из рассмотренных методов может показать явное преимущество.
Ключевые слова
Предпринят анализ возможности создания устройства по удалению жидких фракций (воды и топлива) из отработанного моторного масла для восстановления его эксплуатационных свойств с целью повторного использования в судовых дизелях. Показано, что необходимость повторного использования отработанных моторных масел обусловлена требованиями защиты окружающей среды. Проанализированы особенности вихревого движения жидкости как твёрдого тела или как «потенциального вихря» (вихри Ренкина). Однако эти особенности не объясняют эффект Ранка-Хилша. Теоретическое объяснение эффекта Ранка-Хилша: в вихревых трубах происходит энергетическое разделение газа за счёт центробежного эффекта турбулентных элементов по величине тангенциальной скорости. В результате разделения заторможенных элементов под действием центробежной силы и их адиабатного расширения происходит снижение температуры центрального потока. На основе использования эффекта Ранка-Хилша, мы полагаем, можно создать установку по отделению от масла топлива и воды. Идея заключается в том, что вращательным движением тонкой плёнки масла, содержащей водотопливные фракции, как и любым другим вращательным движением, создаётся центробежная сила. Дисперсная фаза воды, как обладающая большей плотностью, отжимается к периферии, а дизельное топливо с меньшей плотностью находится ближе к центру вращения. Моторное масло, имеющее промежуточное значение плотности, будет находиться между этими слоям воды и топлива. Согласно эффекту Ранка-Хилша, температура на периферии будет выше, она постепенно понизится от слоя воды к слою топлива. Основная задача при разработке устройства удаления жидких загрязнителей - создать такие давление и температуру, чтобы на наружном слое происходило выпаривание влаги, а с внутреннего слоя испарялось топливо, при этом защищённое этими двумя слоями масло, имеющее температуру кипения выше, чем у дизельного топлива и ниже, чем у воды, не испарялось.
Ключевые слова
Шум энергетических установок судов различного типа и назначения - актуальная проблема не только для экипажа, но и для окружающей среды. Снижение шума судовых двигателей, включая подвесные лодочные моторы, производится с применением шумоизолирующих конструкций, но многослойные конструкции с различными гидравлическими наполнителями практически не рассматриваются. В данной статье мы попытались экспериментально оценить эффективность применения капота многослойной конструкции с использованием подвесного лодочного мотора «Ханкай 4.0» в сравнении с различными шумоизолирующими капотами в реальных условиях эксплуатации. Определено, что применение стандартного пластикового капота дает снижение шума некапотируемого мотора на 9,3%; шумоизолирующего капота - на 10,1%; многослойного капота - на 12,5%, что говорит о перспективности подобных разработок на водном транспорте.
Ключевые слова
Проведена оценка влияния автомобильных и судовых транспортных потоков на общую концентрацию взвешенных частиц (РМ) в атмосферном воздухе города Владивостока. В авторском эксперименте делались замеры в пяти контрольных точках, различных по орографическим характеристикам и уровню транспортной нагрузки. Было учтено загрязнение атмосферного воздуха твердыми частицами, которые содержатся в отработанных газах (ОГ) судовых энергетических установок (ССЭУ). Определено, что транспортные потоки - один из основных источников РМ в атмосферном воздухе Владивостока. Дифференцированная оценка уровня загрязнения РМ транспортными потоками позволила определить диапазон выбросов РМ от ОГ ССЭУ в атмосферу (в зависимости от орографических и климатических характеристик): 15-90%. В двух районах города, наиболее близких к портовым зонам, этот показатель оказался выше почти в 2 раза, чем в контрольной точке, наиболее удаленной от портовых зон.
Ключевые слова
Система управления движением судов (СУДС) - сложный комплекс стационарных технических сооружений береговых служб, образующий единую систему безопасности мореплавания, обеспечивая сбор и обработку информации о навигационной обстановке с целью осуществления оперативного контроля за движением судов в границах зоны ответственности. Важная составляющая СУДС залива Петра Великого - сеть связи и передачи данных (ССПД), которая обеспечивает своевременную доставку информации о навигационной обстановке с радиотехнических постов на центры управления СУДС. Анализ взаимодействия радиоволн с морской поверхностью показывает, что радиосигнал отражается от водной поверхности, в результате на приёмной стороне из-за интерференции прямых и отраженных лучей наблюдаются межсимвольная интерференция и замирания, которые существенно снижают качество каналов связи. Поэтому для того чтобы сеть передачи данных оставалась эффективной с перспективой для последующего развития морской отрасли, необходим поиск новых технологических решений, которые бы обеспечили надежную компенсацию многолучевости. В настоящей статье рассматривается применение в ССПД СУДС технологии беспроводного широкополосного доступа на базе оборудования компании InfiNet, которое позволяет найти оптимальный баланс между пропускной способностью, помехозащищенностью и дальностью покрытия сети.
Ключевые слова
Представлены результаты обследования вентиляторных газоотсасывающих машин УВЦГ-9 на месторождениях Кузбасса в различных частях области. Установлены превышения норм шумовой нагрузки при расположении источников шума вблизи жилых сооружений. Авторами разработаны конструктивные решения с целью поглощения шума от элементов вентиляторных установок. Описана разработанная и собранная авторами лабораторная установка для исследования строительных материалов различных производителей. Приведены результаты авторского анализа представленных шумопоглощающих материалов для разработки блочной конструкции защиты от шума вентиляторной установки УВЦГ-9. На основании полученных авторами результатов экспериментального исследования строительных материалов сделаны выводы о возможности максимального снижения шумовой нагрузки от газоотсасывающей системы.
Ключевые слова
Представлены результаты экспериментальных исследований реологического поведения модельных цементных систем как матриц смесей для 3D-печати. В проведенных экспериментах использованы: для изучения реологического поведения - сдавливающие тесты; для оценки показателя пластичности, характеризующего способность смесей сохранять агрегативную устойчивость в процессе экструзии, - сдавливающий тест с постоянной скоростью деформирования; для оценки формоустойчивости - сдавливающий тест с постоянной скоростью нагружения, по результатам которых найдены значения структурной и пластической прочности, пластических деформаций цементных систем, характеризующие их способность сохранять форму при действии возрастающих сжимающих напряжений в процессе печати. Получены количественные данные о влиянии видов и дозировок неорганических модификаторов вязкости различного химико-минералогического состава и дисперсности на пластичность и формоустойчивость цементных смесей. Установлено, что для рассмотренных составов наиболее эффективными модификаторами вязкости являются тонкодисперсные метакаолин и каолин со средним размером частиц 5 мкм. Регулирование вязкопластических свойств и агрегативной устойчивости цементных систем определяется изменением свойств дисперсионной среды в гетерогенной системе «цемент-вода». Определены рациональные дозировки данных модификаторов, при которых обеспечиваются критериальные значения показателей пластичности для процессов 3D-печати, структурной прочности и деформативности при действии нагрузки.
Ключевые слова
В последнее время в строительной практике увеличилось использование композитной арматуры с применением различного типа волокон и полимеров, проводятся обширные экспериментальные исследования для оценки ее механических характеристик. Однако взаимодействие между арматурными стержнями и бетоном все еще плохо изучено из-за разнообразия материалов и типов поверхности. В статье представлены результаты испытаний сцепления арматурных стержней с мелкозернистым бетоном. Пять серий бетонных цилиндров с заанкеренными в них базальтопластиковыми и стеклопластиковыми стержнями, изготавливаемыми на предприятиях Приморского края, были испытаны на прямое выдергивание. Проведены также сравнительные испытания двух серий образцов со стальными стержнями из холоднотянутой проволоки классов В-I и Bp-I. В качестве исследуемых параметров рассматривались не только прочностные свойства границы сцепления, но и параметры кривых «напряжение-деформация» во всем диапазоне испытаний, включая ниспадающую ветвь. Деформации непосредственно в арматурном стержне фиксировались с помощью установленного на нем экстензометра. Анализ полученных данных показал, что на прочность сцепления влияет преимущественно шаг ребер на поверхности стержней периодического профиля. Установлено, что наибольшая прочность сцепления была у стержней с шагом ребер 15 и 20 мм. В то же время в образцах с такими стержнями отмечалась начальная высокая жесткость сцепления и практически отсутствие нисходящей ветви на кривых «напряжение-деформация», что свидетельствует о хрупком характере нарушения сцепления по поверхности арматуры и бетона. Применение аналогичной арматуры в элементах строительных конструкций может привести к хрупкому разрушению до исчерпания их несущей способности, что крайне нежелательно. Прочность сцепления металлических стержней с бетоном оказалась ниже, чем у всех испытываемых стержней композитной арматуры. Таким образом, сделан вывод о достаточно высоком качестве представленных для исследования образцов композитной арматуры и перспективности ее использования в качестве альтернативы стальным стержням в железобетонных элементах. В то же время при разработке новых видов продукции необходимо учитывать не только прочность арматуры, но и ее совместную с бетоном работу в конструкции на всем протяжении эксплуатации, обеспечивая при этом требования норм проектирования по предельному напряжению сцепления.
Ключевые слова
Так как в настоящее время в эксплуатации находится достаточно много автодорожных мостов, запроектированных и построенных в различные периоды, их, как и всю дорожную сеть, необходимо поддерживать в состоянии, соответствующем нормативам, а для этого проводить ремонт с использованием элементов усиления несущих конструкций. При качественном возведении и надлежащем уходе высокая степень сохранности мостов позволяет продлить срок их службы путем решения ряда конструктивных вопросов, наиболее актуальным из которых считают обеспечение нормативной грузоподъемности. Усиление с целью повышения грузоподъемности эксплуатируемых мостов достигается путем добавления элементов внешних или внедренных в состав существующего конструктива в зависимости от типа сооружения, его состояния и доступной технологии производства. Однако не только грузоподъемность, но и подверженность конструкций деформациям определяет транспортно-эксплуатационные параметры сооружения, характеризующие послеремонтное состояния моста. Цель настоящего исследования - анализ известного и широко востребованного способа усиления железобетонных балок внешним армированием как обеспечивающего минимальное вмешательство в существующие основные конструкции, технологичного и доступного в исполнении. Впервые дана оценка влияния стадийности включения в работу элементов усиления на общие деформации - прогибы главных балок.
Ключевые слова
Рассмотрена методика организации переработки отходов строительных материалов после демонтажа и сноса восстанавливаемых объектов при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций техногенного характера. Представлен алгоритм методики. Приведено моделирование требующихся затрат на возведение и эксплуатацию необходимой для этого инфраструктуры стационарных и мобильных комплексов переработки отходов (вместо захоронения) с целью обеспечения вторичного использования материалов на поврежденных объектах.