Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания

Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания

На правах рукописи


Усошин Сергей Александрович


Воздействие передвигающихся нагрузок на СЛОИСТЫе ГЕТЕРОГЕННЫе ОСНОВАНИя

Специальность 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата физико-математических наук


Краснодар-2011

Работа выполнена в федеральном муниципальном экономном образовательном учреждении высшего проф образования
«Ростовский муниципальный Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания институт путей сообщения»


^ Научный управляющий: доктор физико-математических наук, доцент

Суворова Татьяна Виссарионовна

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,
доктор
Калинчук Валерий Владимирович

доктор физико-математических наук, доцент

^ Павлова Алла Владимировна

Ведущая организация Научно-исследовательский институт Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания механики и
прикладной арифметики им. И.И. Воровича при Южном федеральном институте


Защита состоится в на заседании диссертационного совета Д 212.101.07 при ГОУ ВПО «Кубанский муниципальный университет», 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд. 231.


С диссертацией можно Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Кубанский муниципальный университет»


Автореферат разослан

Ученый секретарь
диссертационного совета Капустин М.С.

^ ОБЩАЯ Черта РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Проектирование и строительство высокоскоростных магистралей, увеличение продуктивности нефтяных Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания скважин, задачки геологоразведки, препядствия биомеханической инженерии привели к необходимости анализа полей смещений в пористых флюидонасыщенных средах, возбуждаемых передвигающимися нагрузками.

В текущее время увеличивающаяся скорость движения жд транспорта приблизилась к скорости распространения волн в Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания основании жд магистрали. Так, скорость 500 км/ч была достигнута на участках стальной дороги во Франции (поезд TVG ). Динамическое поведение системы при всем этом значительно определяется излучением волн. При скорости движения поезда, превосходящей скорость Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания распространения волн Релея в основании, наблюдалось существенное повышение амплитуды вибрации, так именуемый «грунтовый удар». Потому принципиально изучить все небезопасные эффекты, связанные с скоростным движением. Необходимо подчеркнуть, что в мягеньком торфяном водонасыщенном грунте Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания, где поверхностные волны Рэлея распространяются с наименьшей скоростью 150-300 км/ч, эффект «грунтового удара» наблюдался при более низких скоростях движения. Так, на западном побережье Швеции прохождение высокоскоростного поезда Х2000 со скоростью около 140 - 200 км Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания/ч по мягенькой заболоченной почве вызвало экстраординарно огромную вибрацию.

Возникновение скоростных локомотивов и, как следствие, появление заморочек эксплуатации магистралей и придорожной инфраструктуры вызвало усиленный энтузиазм к созданию механико-математических моделей, правильно Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания описывающих эти объекты.

Огромное количество публикаций, посвященных моделированию воздействия передвигающегося поезда на верхнее строение пути, грунтовую среду появилось за последнее десятилетие. Невзирая на различные подходы, используемые к исследованию этой препядствия – численные либо Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания аналитические, все эти работы объединены выбором одной и той же модели основания – упругого полупространства. Но для корректного описания динамического поведения оснований, моделирующих осадочные породы прибрежной зоны, обводненные и мокроватые грунты, композитные материалы искусственного Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания происхождения, должны быть применены более сложные модели многокомпонентных гетерогенных пористых сред. Наибольшее распространение и экспериментальное доказательство получила модель гетерогенной среды Био-Френкеля, состоящей из упругого скелета, консистенции воды и газа. Внедрение в качестве Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания модели грунта двухфазной пористо-упругой среды позволяет более много учесть динамическую реакцию основания, эффекты затухания волновых полей. Менее исследованными в реальный момент являются задачки о воздействии передвигающихся осциллирующих нагрузок Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания на неоднородные пористоупругие основания с плоскопараллельными границами раздела.

^ Основными целями диссертационной работы являются:

Результаты работы получены при выполнении научного плана Ростовского муниципального института Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания путей сообщения, также поддержаны грантом РФФИ № 06-08-00876-а, что показывает на актуальность темы исследовательских работ.

^ Методика исследовательских работ базирована на использовании математического аппарата теории упругости и современных вычислительных средств и способов. Решения краевых Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания задач строятся на базе интегрального подхода с применением преобразования Фурье в подвижной системе координат. При рассмотрении группы передвигающихся нагрузок употребляется принцип суперпозиции. Для исследования волновых полей использованы способы численного анализа и асимптотические способы Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. Для доказательства теоретических исследовательских работ проведен натурный опыт, при всем этом употреблялся компьютеризированный виброизмерительный комплекс. Для интерпретации результатов применен спектральный и вейвлет анализ.

^ Научная новизна работы заключается в последующем:

^ Практическая значимость результатов исследования связана Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания с возможностью их использования при решении животрепещущих заморочек геофизики, нефтеразведки, проектировании жд магистралей, придорожных сооружений, магистрального трубопроводного транспорта. На базе исследования главных закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния можно создавать более действенные способы оценки Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания и прогнозирования эксплуатационно-технического состояния искусственных сооружений, разрабатывать действенные методы защиты от негативных воздействий вибрации, решать препядствия шумозагрязнения среды, оценивать эффективность новых нестандартных конструкций жд магистралей.

^ Достоверность научных положений Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания подтверждается строгостью и обоснованностью используемого математического аппарата механики деформируемого твердого тела, совпадением личных случаев численного анализа, результатов опыта с плодами размещенных работ других создателей, соответствием результатов теоретических и натурных экспериментальных исследовательских работ волновых полей Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.

^ Апробация работы Главные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях «Транспорт-2008», «Транспорт-2009», «Транспорт-2010», «Транспорт-2011», г. Ростов-на-Дону, на интернациональной конференции, посвященной 80 РГУПС, на интернациональной конференции XXXV International Summer Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания School-Conference “Advanced Problem in Mechanics”, S-Peterburg, Russia, 2010, также на семинарах кафедры высшей математики-1 Ростовского муниципального института путей сообщения.

^ На защиту выносятся:

  1. Математические методы построения интегральных представлений волновых полей, возбуждаемых Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания группой передвигающихся осциллирующих нагрузок в слоистом полупространстве, пакете вязкоупругих и гетерогенных слоев.

  2. Численный анализ асимптотических представлений волновых полей на поверхности и в глубине слоистой гетерогенной среды.

  3. Результаты численного анализа воздействия геометрических и механических Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания характеристик слоистых пористоупругих оснований, в том числе частоты осцилляции и скорости движения нагрузки, на возбуждаемые волновые поля.

  4. На основании выявленных закономерностей нахождение спектра конфигурации характеристик задач, обеспечивающих допустимые деформации пористоупругого Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания слоистого основания для встречных нагрузок.

  5. Интерпретация натурных экспериментальных исследовательских работ деформирования основания жд магистрали, обусловленного воздействием передвигающихся нагрузок.

Публикации. Главные положения диссертации размещены в 11 печатных работах, в том числе три работы [1]-[3] в источниках Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания, рекомендованных ВАК РФ.

^ Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и перечня литературы. Общий объем диссертации составляет 130 страничек, включающий в себя 41 набросок. Перечень литературных источников содержит 120 наименований.

^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания РАБОТЫ

Во внедрении дается обзор литературы по теме исследования обосновывается актуальность проведенных исследовательских работ, формулируются цели диссертации, раскрывается их научная новизна, практическая значимость и достоверность, коротко излагается содержание диссертации. Не считая Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания того, перечисляются положения, выносимые на защиту, проводится разделение принадлежности размещенных по теме диссертации статей диссертанту и другим соавторам обозначенных работ.

Отмечено, что значимый вклад в рассматриваемую тему занесли ведущие русские и забугорные исследователи Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания И.И. Ворович, В.М. Александров, В.А. Бабешко, А.В. Белоконь, А.О. Ватульян, Е.В. и Н.В. Глушковы, В.Т. Гринченко, В.И. Ерофеев, Д.А. Краснокожих, В.В Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. Калинчук, А.В. Метрикин, Д.А Молотков, А.В. Наседкин, А.В. Павлова, О.Д. Пряхина, В.М. Сеймов, А.В. Смирнова, А.Н. Соловьев, Т.В. Суворова, М.А. Сумбатян, А.Н Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. Трофимчук, А.Ф. Улитко, М.И. Чебаков, Grande G.D., Kelder O., Krylov V.V, Smeulders D.M., Lombaert G., Wilmanski K. и другие ученые.

^ В первой главе рассматриваются разные подходы Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания и математические модели, описывающие поведение многокомпонентных сред. Для учета пористости среды, ее газонасыщенности и водонасыщенности изготовлен выбор в пользу традиционной модели Био-Френкеля, как обладающей достаточной общностью. В рамках этой модели Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания перемещения трехфазной гетерогенной среды, состоящей из упругого скелета и пор, насыщенных аэрированной жидкостью, определяются уравнениями:

(1)

  составляющие векторов перемещений жесткой фазы и флюида, который состоит из консистенции газа и воды.

При всем Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания этом связь напряжений и перемещений выражается в виде:

(2)

− тензор полных напряжений, и − тензоры деформации жесткой фазы и флюида; − знак Кронекера. Для трехфазной гетерогенной среды нужно задать плотности упругого скелета, воды , газа , , − модуль большого сжатия частиц Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания скелета, − модуль большого сжатия поровой воды − модуль большого сжатия пористой среды, − модуль сжимаемости газа, − пористость среды, − коэффициент насыщения воды газом, − коэффициент проницаемости, − коэффициент вязкости воды, − коэффициент извилистости. Эти величины могут быть Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания определены из опыта, что дает возможность выразить механические свойства уравнений (1), (2) . При моделировании грунтовых сред учет воздействия газообразной составляющей в многофазной среде приводит к изменению плотности водянистой фазы и модуля сжимаемости воды. В Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания работе (Chaо J.) приведены значения модулей для 11 типов грунтовых сред. Формулируются граничные условия для многофазных сред, обеспечивающие единственность решения краевых задач динамической пороупругости. Обусловлена необходимость внедрения дополнительных критерий, выражающихся в Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания форме принципов излучения для полуограниченных тел. Приведено решение системы уравнений, описывающих перемещения в среде Био в потенциалах, представляющих наличие 3-х типов больших волн – резвой и неспешной продольной, сдвиговой, распространяющихся в гетерогенной среде.

^ Во 2-ой Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания главе рассматривается постановка пространственной задачки о колебаниях, возникающих в неоднородном пористо-упругом основании под действием передвигающейся на его поверхности осциллирующей нагрузки. Основание представляет собой пакет пористоупругих и вязкоупругих слоев, лежащих на пористоупругом Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания полупространстве либо недеформируемом основании. В декартовой системе координат слои шириной , занимают области , подстилающее пористоупругое полупространство, соответственно   . Гетерогенные среды состоят из упругого скелета, поры которого заполнены аэрированной жидкостью, перемещения определяются уравнениями Био-Френкеля (1). Перемещения Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания вязкоупругих сред описываются уравнениями Ламе с всеохватывающими модулями.

К поверхности среды приложена распределенная по прямоугольной области нагрузка, передвигающаяся с неизменной скоростью в направлении оси и осциллирующая по закону . Вне области приложения Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания нагрузки поверхность среды свободна от напряжений. Не считая этого, моделируется воздействие группы передвигающихся объектов. При встречном движении осциллирующая нагрузка приложена к двум прямоугольным областям, передвигающихся во встречных направлениях.

При помощи двумерного преобразования Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания Фурье выстроено решение вышеперечисленных задач, в интегральном виде представляющих волновое поле в N-слойном гетерогенном основании, генерируемое движением по его поверхности нагрузок, осциллирующих по гармоническому закону. Соответствующей особенностью построения решения Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания является введение подвижной системы координат , связанной с передвигающейся нагрузкой. Метод вывода подынтегральных функций контролировался при помощи программ аналитических преобразований, написанных для интерактивной системы арифметики Maple.

(3)

Контуры интегрирования выбираются в согласовании с принципом излучения, развитым в Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания работах академика Бабешко В.А. для упругих сред. Элементы матриц представляют собой мероморфные в всеохватывающей плоскости функции, с одними и теми же особенными точками. Смещения флюида выражаются соотношениями, схожими (3).

Решение задачки о Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания колебаниях мультислойного гетерогенного основания, возбуждаемых действием нескольких осциллирующих нагрузок, строится при помощи принципа суперпозиции.

^ 3-я глава посвящена численному и асимптотическому анализу приобретенных решений задач. В первом параграфе изучаются особенности распространения волн, генерируемых Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания передвигающимися нагрузками в слоистом гетерогенном полупространстве, пакете слоев. Для этого построены дисперсионные огромного количества, представляющие из себя совокупа полюсов частей матриц подынтегральных выражений в (3), для мультислойных вязкоупругих и гетерогенных сред Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.

При численном расчете при помощи пакета программ, написанных для системы Maple, употреблялся принцип аргумента. Элементы дисперсионных множеств либо волновые числа являются всеохватывающими, они соответствуют распространяющимся на поверхности слоистой среды волнам. Всеохватывающая часть Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания первых полюсов на 3-4 порядка меньше реальной составляющей.

Трансформации дисперсионных поверхностей с ускорением движения нагрузки ^ V, имеют общие закономерности. При V=0 дисперсионные огромного количества имеют вид поверхностей вращения. При увеличении скорости нагрузки в Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания спектре дисперсионные огромного количества деформируются, приобретая эллиптическую форму в сечениях , не теряя связности, см. рис. 1. Под понимается меньшая скорость распространения поверхностной волны. При всем этом волновые числа в направлении движения нагрузки растут, а Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания скорости распространения волн уменьшаются. В направлении, обратном движению нагрузки фазовые скорости распространяющихся волн растут.




Рис.1. Дисперсионные поверхности для гетерогенного полупространства (слева) и слоя (соответственно) при V= 39,22 м/с.

При скоростях движения нрав поведения Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания дисперсионной поверхности и количество веток при фиксированной частоте остается постоянным.

При появляется линия разрыва в дисперсионном огромном количестве, соответственная . С ускорением нарушается связность дисперсионных множеств и появляются секторы направлений Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания , , в каких волны не излучаются перед источником.



Рис.2 Дисперсионные поверхности для полупространства и для слоя (соответственно) при V= 78,44 м/с.



Рис. 3. Дисперсионные поверхности для полупространства и для слоя (соответственно) при V=156.88 м Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания/с.

Численный анализ волнового поля в слоистой гетерогенной среде и на ее поверхности проведен в ближней зоне при помощи интегральных представлений решений (3). Показано, что поле перемещений в составной среде в большой степени находится в зависимости Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания от пористости, степени обводненности и газонасыщенности, жесткости составляющих сред. Повышение пористости подстилающего гетерогенного полупространства, обводненности и газонасыщенности приводят к снижению скоростей распространяющихся волн, что в значимой степени изменяет волновое поле, генерируемое передвигающейся Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания поверхностной нагрузкой.

Неоднородность строения слоистого гетерогенного основания, степень его обводненности и газонасыщенности вызывает существенное повышение амплитуд волновых полей, генерируемых передвигающимися осциллирующими нагрузками.

На рис. 4 приведены диаграммы направленности поверхностных волновых полей, приобретенных в Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания итоге численного анализа формул (3). С ускорением движения меняется амплитуда перемещений, генерируемых передвигающимся объектом, рассредотачивание возмущений имеет сложное строение, вызывает завышенную деформацию боковых областей среды, прилегающих к области воздействия нагрузки.





Рис 4. Модули перемещений Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания на лицевой поверхности двухслойного полупространства при скорости движения нагрузки слева V=0.3 , по центру V=0.6, справа V=0.8

По мере удаления от области приложения нагрузки осцилляция подынтегральной функции усиливается, потому численные методы Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания оказываются неэффективными и нужно использовать асимптотические способы. Построены асимптотические представления волновых полей, генерируемых передвигающейся нагрузкой, при огромных расстояниях от области нагружения. В подстилающем гетерогенном полупространстве, представление перемещений (4) получено в сферической системе координат Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания на базе двумерного способа стационарной фазы:

(4)

Стационарные точки определялись аналитически, суммирование обосновано 3-мя типами волн, распространяющихся в пористоупругой среде.

Волновое поле, определяющее тут внутренние волны в далекой зоне, убывает назад пропорционально расстоянию Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания R до области приложения нагрузки. Это типично и для задач с осциллирующей нагрузкой в гетерогенном и вязкоупругом полупространствах. Наличие передвигающейся нагрузки приводит к изменению поляризации волнового поля по фронтам распространения продольных и поперечных Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания волн.

При приближении скорости движения нагрузки к скорости распространения 1-го из 3-х типов волн в среде, перемещения резко растут, а при равенстве – терпят разрыв. Для обводненных сред это в особенности Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания принципиально, потому что скорости распространения неспешных продольных волн могут даже быть меньше скоростей распространений сдвиговых волн.

В §3.3 строятся асимптотические представления волновых полей на поверхности лицевого слоя при удалении от области приложения нагрузки. При Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания всем этом двукратные интегралы соотношения (3) представляются в полярной системе координат виде рядов по вычетам , потом употребляется одномерный способ стационарной фазы. Асимптотические формулы, описывающие возмущения поверхности мультислойной среды, имеют вид:


(5)

Применение принципа излучения Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания и соответственный выбор контура интегрирования, невзирая на комплексность полюсов, значительно выравнивает результаты численного опыта. Поле перемещений на поверхности составной среды убывает как , где - величина, пропорциональная малой всеохватывающей части соответственного полюса.

Проведен численный анализ Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания волновых полей, генерируемых встречными осциллирующими нагрузками на поверхности двухслойного гетерогенного полупространства. На рис. 5 приведены действительные части перемещений по оси симметрии, параллельно которой движутся два схожих встречных объекта, при разных расстояниях меж Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания ними, пунктирная линия соответствует одиночному передвигающемуся объекту.

a
) S=76 м b) S=36 м

c) S=26 м d) S=16 м


Рис. 5 Действительные части перемещений, при разных расстояниях меж абсциссами центров объектов объектами при V=10 м/с =100 Гц.




Рис Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. 6 Действительные части перемещений, при разных расстояниях меж объектами при V=25 м/с =100 Гц, расстояние меж абсциссами центров объектов 6 м ( левый график) и 0 м (правый график).


Начиная с расстояния 36 м, картина взаимодействия Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания носит насыщенный нрав, модули перемещений растут практически на 55%.

Чем выше скорость движения, тем паче выражено воздействие встречного передвигающегося объекта на волновое поле. На рис.6 приведены действительные части перемещений, при V=25 м/с Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания =100 Гц. Расстояния меж объектами 6 и 0 м – что соответствует нахождению объектов в положении с схожей абсциссой.

В §3.6 дискуссируются практические приложения задач о передвигающихся нагрузках, моделирование движения поезда. Отметим, что неоднородность основания Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания по глубине, учет пористости основания и его насыщенности флюидом значительно определяют критичную скорость распространения волн в среде, при приближении к которой следует ждать резкое возрастание колебаний. Данный факт разъясняет данные наблюдений для слабеньких, заболоченных почв Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания, где скорость около 180 км/ч возможно окажется критичной. Результаты работы позволяют предсказывать напряженно-деформированное состояние грунтового основания при изменении уровня грунтовых вод, полной либо частичной насыщенности жидкостью, наличия подкрепляющих Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания слоев, также выявлять более неблагоприятные причины, которые нужно учесть при проектировании автомагистралей, участков стальных дорог, созданных для высокоскоростного движения.

^ Четвёртая глава посвящена экспериментальным натурным исследованиям процесса деформирования основания жд магистрали, обусловленного воздействием передвигающихся Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания нагрузок. Для регистрации характеристик волновых полей в натурных опытах в системе «железнодорожный путь – грунтовая среда» использовались способы и средства вибродиагностики. Приведены свойства виброизме-рительного комплекса, применяемого для натурного опыта. Описаны особенности методологии Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания исследования волновых полей, генерируемых проходящим жд составом в системе «верхнее строение жд пути – грунтовая среда». В качестве диагностической инфы употребляются последующие характеристики: частоты собственных форм колебаний грунтового основания, соответствующие значения амплитудно Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания-временных черт откликов, значения спектров относительных амплитуд и спектров мощности откликов на различные виды динамических воздействий. Результаты исследования волновых полей в системе «верхнее строение пути – грунтовая среда» при проходе жд состава проанализированы при Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания помощи спектрального и вейвлет анализа.

Т
еоретические результаты исследовательских работ стопроцентно подтверждаются натурными тестами, доказано наличие нагонной и хвостовой волн при прохождении поезда, возрастание колебаний при скрещивающемся движении поездов. Сигналы отклика, характеризующие Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания динамическое по-ведение системы «верхнее строение пути – грунтовая среда, подвижной состав» более много появляются в ближней зоне – зоне балластной призмы, но фиксируются и на значимом удалении от жд пути. Сложность анализа данных натурного опыта обоснована Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания тем, что возбуждаемые волновые поля несут внутри себя информацию, с одной стороны об интегральных параметрах проходящего подвижного состава, а с другой − о параметрах балластной призмы и подстилающей грунтовой среды.

Рис. 7. Схема формирования Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания волнового поля при прохождении поезда.

Аналитико-численный анализ модельной задачки, натурные экспериментальные исследования демонстрируют принцип формирования волнового поля, генерируемого поездной нагрузкой – см. рис. 7, на котором представлена амплитудно-временная черта отклика вертикальной Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания составляющей виброускорений волнового поля поверхности балластной призмы и соответственное силовое воздействие, возникающее при прохождении поезда.

Амплитудно-частотные свойства, приобретенные при помощи резвого преобразования Фурье, иллюстрируют энергетический вклад разных гармоник в колебательный Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания процесс, который является суперпозицией спектров колебаний, обусловленных конструкцией рельсошпальной решетки, проходящих вагонов и АЧХ основания.

Существенное расширение способностей вибродиагностики обеспечивается за счёт обработки и следующего анализа экспериментальных данных при помощи вейвлет-анализа Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.


Рис. 8. Амплитудно-временная черта при прохождении электропоезда (вверху)и его вейвлет-преобразование .


В отличие от традиционного спектрального анализа, применение вейвлет-преобразования позволяет получить спектрограмму динамического процесса и проанализировать эволюцию всех составляющих колебания частот во Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания времени. Это в особенности принципиально для поиска и регистрации нестационарных неэргодических краткосрочных сигналов, связанных, к примеру, с завышенным износом одной из колесных тележек. Также конкретно при помощи вейвлетов может быть разделение сигналов Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания, амплитуды которых отличаются на порядки.

На рис. 8 вверху приведена амплитудно-временная черта виброускорений, зарегистрированных при натурном опыте на расстояния 6 м от пути прохождения электропоезда из локомотива и 7 прицепных вагонов. Понизу показана соответственная Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания вейвлет-спектрограмма, приобретенная при помощи вейвлет-функции Симлета 4-го порядка, употреблялся пакет расширения Wavelet Toolbox системы Matlab. На горизонтальной оси спектрограммы непрерывного вейвлет-преобразования номера отсчетных значений приведены к реальному времени, на Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания вертикальной оси отложены масштабы a , назад пропорциональные частоте колебаний. Светлые участки спектрограммы соответствуют максимумам амплитуды. Картина спектрограммы с повышением масштаба, что соответствует низким частотам, стабилизируется, ясно выслеживаются максимумы, надлежащие проходу колесных тележек Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. В нижней части диапазона видна очень непростая структура высокочастотных шумов. Выслеживается схожая на повторяющуюся структура. Область больших частот (масштаб до 21) для всех вагонов приблизительно однообразная – что может гласить об схожем механическом Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания состоянии всего подвижного состава. Экстремумы области низких частот (масштаб после 21) не всюду однородны, что дает возможность судить о загрузке вагонов, их интегральных свойствах.

На основании теоретических исследовательских работ получена форма полезного сигнала Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания, что дает возможность провести чистку полезного сигнала от шума. При помощи вейвлет преобразования также отлично локализуются нестационарные составляющие сигналов как по частоте, так и по времени, эволюция определенных гармонических составляющих во времени Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.

В последнем параграфе дискуссируются некие практические приложения результатов теоретико-экспериментальных исследовательских работ работы. На базе обрисованных способов может быть проведение экспресс-диагностики сверхнормативного износа ходовой части проходящего подвижного состава, наличие Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания ползунов на колесах, прогнозирование степени деформируемости верхнего строения пути, для контроля свойства работы рельсошпальной решётки и земельного полотна, свойства уплотнения грунтовых насыпей; эффективности укрепляющих конструкций насыпей, загрязнённости балласта.

При помощи результатов реального исследования можно проводить Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания сравнительный анализ черт системы при разных способах усиления верхнего строения пути и основной площадки, внедрения новых материалов либо конфигурации их параметров.

В заключении изложены главные выводы диссертации, их научное и практическое значение Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.


^ Главные РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ



  1. Развиты аналитико-численные способы решения динамических задач о воздействии передвигающихся осциллирующих нагрузок на гетерогенное слоистое полупространство и пакет слоев.

  2. На базе интегральных представлений волновых полей построены их асимптотические представления Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания на удалении от области приложения нагрузки на поверхности и в глубине слоистого гетерогенного основания.

  3. Численно изучено воздействие группы осциллирующих передвигающихся нагрузок, показано, что при встречном движении поездов следует ждать повышение Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания амплитуд колебаний до 55%.

  4. Изучено воздействие неоднородности строения основания на динамические эффекты, сопровождаемые ускорением движения нагрузки, определяемые поведением дисперсионных поверхностей.

  5. Численно изучены зависимости возбуждаемых волновых полей от неоднородности строения основания, водонасыщенности, пористости.

  6. Проведен натурный опыт Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания регистрации волновых полей, генерируемых в основании магистрали поездной нагрузкой, подтвердивший выводы теоретических исследовательских работ: существование нагонной и хвостовой волны при прохождении поезда, возрастание амплитуды и энергии колебаний при встречном движении поездов.

  7. Проведен Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания анализ данных натурного опыта способами спектрального и вейвлет анализа, позволяющий получить уточненные данные для математического моделирования препядствия.


^ Главные ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


1. Беляк О.А., Суворова Т.В., Усошин С Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.А. Волновое поле, генерируемое в слоистом пористоупругом полупространстве передвигающейся осциллирующей нагрузкой // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2008.   № 1.   С. 53 - 61.

2. Суворов А.Б., Суворова Т.В., Усошин С.А. Особенности деформации земельного полотна жд пути Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания при скоростном движении // Вестник Ростовского муниципального института путей сообщения, 2008.   №1.   С. 163 - 172.

.3. Суворов А.Б., Суворова Т.В., Усошин С.А. Практическое внедрение способов вибродиагностики для определения интегральных характеристик проходящего подвижного состава // Вестник Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания Донского муниципального технического института. 2011. – Т.11. № 4.   С. 489 - 503.

4. Суворов А.Б., Суворова Е.А., Беляк О.А., Усошин С.А. Метод контроля интегральных характеристик проходящего по жд пути подвижного состава. // Патент на изобретение РФ № 2380260 от 27.01. зарег Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. в Гос. Реестре РФ 27.01.2010.

5. Суворова Т.В., Усошин С.А. О поверхностных волнах, генерируемых в грунтовом массиве передвигающимся объектом. // Труды Всероссийской науч. - практ. конф. «Транспорт – 2008».  Ч.1   С. 28-29.

6. Суворова Т Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания.В., Усошин С.А. Асимптотическое представление поля перемещений, возникающего в мультислойном пористоупругом полупространстве под действием передвигающейся нагрузки. // Труды Всероссийской науч. - практ. конф. «Транспорт» - 2009.  Ч.1   С. 29 - 31.

7. Столяров Ю.В., Суворова Т.В., Усошин С.А Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания. Моделирование деяния поездной нагрузки на основание сложного строения. // В сб. тезисов докл межд. конф., посв. 80 РГУПС.   2009.

8.Суворова Т.В., Суворов А.Б., Беляк О.А., Столяров Ю.В, Усошин С.А. Прогнозирование эффективности Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания подкрепляющих конструкций и прочности жд пути. // Отчет по гранту РФФИ проект № 06-08-00876-а, № гос. рег. 01200903449.

9. Суворов А.Б., Суворова Т.В., Усошин С.А. Математическая модель движения жд состава и Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания оценка его интегральных черт. // Труды Всероссийской науч.-практ. конф. «Транспорт − 2010». – Ч1   С. 26   28.

10. Suvorova T.V., Stoliarov U.V., Usoshin S.A. Wave propagation in the composite porous and liguid layer generated by Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания moving and oscillating // load Book of Abstracts of XXXV International Summer School Conference “Advanced Problem in Mechanics”.   S-Peterburg, Russia, 2010.   P. 36.

11. Суворова Т.В., Усошин С.А. К расчету волнового поля, возбуждаемого Воздействие движущихся нагрузок на слоистые гетерогенные основания встречными осциллирующими нагрузками в гетерогенном полупространстве. // Труды Всероссийской науч.-практ. конф. Транспорт - 2011.  Ч.1   Естественные и технические науки   С. 17 - 19.

vozmozhnie-temi-referatov.html
vozmozhnie-tipi-zadanij-dlya-tretej-chasti-gromkogo-chteniya.html
vozmozhnie-vihodi-iz-konfliktnoj-situacii-v-ukraine.html