Докладчик
Описание
В настоящее время для контроля и обеспечения качества грунтовых оснований широко используются устройства, основанные на использовании ударно-динамических источников приложения нагрузки [1, 2]. Работа таких устройств сосредоточена на измерении значения прогиба грунта под нагрузочной плитой датчиком акселерометра. Жесткость оценивается только по максимальному (пиковому) значению прогиба. Подход, основанный на оценке пиковых значений, приводит к значительным ошибкам измерений [3]. Для решения этой проблемы используется метод обратной задачи. Это позволит учитывать как динамику процесса ударного нагружения, так и влияние неконтролируемых мешающих факторов, связанных с нелинейной жесткостью и просадкой грунта под нагрузкой.
Метод обратной задачи основан на математическом моделировании процесса ударно-динамического нагружения. Результатом моделирования являются значения ускорения скорости и перемещения нагрузочной плиты. Параметры модели учитывают нелинейную жесткость контролируемого основания и просадку от ударной нагрузки [4, 5]:
$\begin{cases}
m_{1}\cdot x^{''}_{1}=-k_{1}\cdot (x_{1}-x_{2})-m_{1}\cdot g\\
(m_{2}+\Delta m)\cdot x^{''}_{2}=-k_{2}(x_{2})+k_{1}\cdot (x_{1}-x_{2})-c_{2}\cdot x^{'}_{2}-(m_{2}+\Delta m)\cdot g,
\end{cases}$
$k_{2}(x_{2})=k_{21}+k_{22}\cdot x_{2},$
$x_{3}=x_{2}-F_{max}/k_{2},$
где $m_{1}$ – масса падающего груза, кг; $x_{1}$ – перемещение падающего груза, м; $k_{1}$ – жесткость упругого элемента, расположенного на штампе, Н; $m_{2}$ – масса штампа, кг; $∆m$ – инерционная масса подвижного грунта, кг; $x_2$ – перемещение штампа, м; $k_{21}$,$k_{22}$ – коэффициенты функции жесткости основания $k_2(x_2)$; $с_{2}$ – коэффициент демпфирования основания, кг ⋅ с/м; $x_3$ – просадка основания, м; $F_{max}$ – максимальная нагрузка, при которой возникает просадка основания, Н.
После измерения ускорения нагрузочной плиты параметры модели подбираются таким образом, чтобы минимизировать разницу между смоделированными и экспериментальными сигналами. Это позволяет определить упругие характеристики грунта, путем сопоставления модельных и экспериментальных результатов измерений.
Применимость метода численного решения обратной задачи исследовалась при сравнительных испытаниях измерения статического и динамического модуля деформации уложенного балласта железнодорожного пути. По результатам испытаний установлено, что измерения динамического модуля деформации согласуются со значениями, полученными при статических испытаниях, с погрешностью не более 8%. Также обнаружено влияние условий положения камней балласта под нагрузочной пластины на результаты измерений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сазонова С.А., Пономарев А.Б. Некоторые предпосылки применения динамического плотномера к определению модуля деформации грунта // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2018. Т. 9. №3. С. 28-35. DOI:10.15593/2224-9826/2018.3.03.
2. Dina Kuttah. Determining the resilient modulus of sandy subgrade using cyclic light weight deflectometer test // Transportation Geotechnics. 2021. № 27. P. 100482. DOI: 10.1016/j.trgeo.2020.100482.
3. Adam, C. Computational assessment of the dynamic load plate test with the light falling weight device / C. Adam, I. Paulmichl // ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, Rethymno, EU. – 2007.
4. Выплавень, В. С., Бехер С.А. Упруго-линейная модель динамического контроля жесткости балластного слоя железнодорожного пути // Интеллектуальные системы в производстве. – 2023. Т. 21, № 1. С. 4-13. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-1-4-13.
5. Выплавень, В. С. Использование численного решения обратной задачи для совершенствования метода динамического штампа для контроля балластного слоя / В. С. Выплавень, С. А. Бехер // Контроль. Диагностика. – 2024. – Т. 27, № 11(317). – С. 4-13. – DOI 10.14489/td.2024.11.pp.004-013.
| Секция | Молодежная секция |
|---|---|
| Научный руководитель | д.т.н, доцент, Бехер Сергей Алексеевич, behers@mail.ru, ФГБОУ ВО СГУПС, Новосибирск |
