авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

Разработка теории вибрационного разрушения нежестких дорожных одежд и путей повышения их долговечности

-- [ Страница 3 ] --

Как известно, оптимальным условием функционирования любого динамического объекта являются его колебания в зарезонансой зоне, где коэффициент динамичности дин0 и С0.

Путем преобразования возмущающих сил воздействия автомобиля на покрытие в переменные силы упругости его подвески в функции амплитуды геометрической неровности А, был сформирован динамический паспорт асфальтобетонного покрытия в виде:

(5)

где, Жа – жесткость подвески автомобиля, кН/м.

Анализ динамического паспорта асфальтобетонного покрытия показал, что при движении колес автомобилей по геометрическим неровностям со скоростями более 30 км/ч коэффициенты динамичности покрытия стремятся к нулевому значению. При этом воздействие на покрытие становится квазистатическим.

Эту методику рекомендуется использовать на первичном этапе исследования. Для реальных динамических характеристик следует учитывать совместную работу всех слоев дорожной одежды. В этом случае аналитическое построение АЧХ дорожной конструкции затруднительно из-за формирования многочисленных взаимосвязанных резонансных зон.

В работе эта проблема была решена с помощью численных методов расчета. Варьируя различной длиной геометрических неровностей или меняя скорости движения автомобиля при постоянной величине длины неровности, выбирались частоты возмущения близкие или равные собственным частотам дорожной одежды. В результате были получены расчетные амплитудно-временные характеристики всех слоев в соответствующих резонансных зонах.

Проведенный расчетный анализ показал, что собственные частоты дорожной одежды, сформированные при взаимном влиянии слоев друг на друга, достаточно близки к парциальным частотам соответствующих слоев. На этой основе были построены расчетные амплитудно-частотные характеристики каждого слоя дорожной одежды. Эти характеристики являются функциями отношения частот возмущения к частотам свободных колебаний дорожной одежды .

Собственные частоты всей дорожной одежды, начиная от более высоких, были обозначены, как первая, вторая и т.д. Таким образом, индексация частот отдельных слоев и собственных частот дорожной одежды совпадала. На Рис. 3 представлена расчетная АЧХ первого слоя асфальтобетонного покрытия по динамическим силам F.

Рис. 3. Расчетные амплитудно-частотные характеристики покрытия

Анализ показал, что верхний слой покрытия из плотного асфальтобетона, на который автомобили оказывают инерционное возмущение, может иметь основной резонанс на первой частоте дорожной одежды. Эта частота почти равна парциальной частоте асфальтобетонного слоя (39,5 Гц и 42,2 Гц соответственно). Слой имеет достаточно широкую резонансную зону диапазона 198….420 рад/с. Кроме основного резонанса здесь наблюдается малый резонанс на четвертой частоте дорожной одежды. Такие же АЧХ были построены для всех слоев и для них были определены резонансные зоны.

При определенных длинах геометрических неровностей в зоне эксплуатационных скоростей движения автомобилей (80…90 км/ч) теоретически возможно формирование резонансных режимов в асфальтобетонном покрытии. Практическая реализация резонансных режимов в слоях возможна только при наличии «вибратора», вовлечение в процесс колебаний значительных площадей дорожных одежд, а также постоянства длин геометрических неровностей и скоростей движения.

Как видно из Рис. 3, уровень вибрационного нагружения дорожных слоев незначителен, так как даже при резонансном режиме он не превышает 8 кН. Отсюда следует, что при расчетах на прочность с учетом вибрационного фактора можно не учитывать возможные резонансы слоев дорожных одежд и дополнительное нагружение конструкций за счет вибрации автомобилей, движущихся по геометрическим неровностям.

В третьей главе исследовано ударное взаимодействие колеса автомобиля и дорожной конструкции. В процессе исследования производилась косвенная оценка количества энергии, запасаемой ударяемым телом, по уровню послеударных скоростей. Форма ударных сил и импульсов не учитывалась, так как при свободных колебаниях дорожных одежд эти показатели не существенны.

Было принято, что при высоких скоростях движения автомобилей инерционность слоев дорожных одежд исключает возможность перемещения слоев на всем временном диапазоне действия импульса. Это позволило удар и импульс рассматривать как единый фактор ударного возмущения.

Для исследования ударных процессов была сформирована обобщенная модель ударно-импульсного взаимодействия колеса движущегося автомобиля с динамическими неровностями. Главным энергетическим показателем такого взаимодействия была принята послеударная скорость асфальтобетонного покрытия. Для определения послеударных скоростей использовалась расчетная схема, представленная на рис. 4.

 Расчетная схема ударного-53

Рис. 4. Расчетная схема ударного взаимодействия колеса автомобиля и дорожной неровности

На схеме обозначено:

V0 – скорость движения центра колеса до удара; Vа – скорость движения автомобиля; V0а – скорость движения центра колеса после удара; R – радиус колеса; Р – мгновенный центр скоростей; р – угловая скорость вращения колеса вокруг Р; а – угловая скорость вращения колеса вокруг А; Z, x – вертикальная и продольная ось дороги соответственно; Sx, Sz – горизонтальная и вертикальная проекции ударного импульса; h – высота неровности.

Варьирование величиной показателя h позволяет моделировать различные уровни ударно-импульсного нагружения.

Такая схема формирует функциональную связь уровня послеударных скоростей асфальтобетонного покрытия со скоростным режимом движения автомобиля, инерционными параметрами (масса неподрессоренных частей автомобиля и приведенная масса дорожной одежды) и амплитудами неровностей дорожного покрытия.

Применяя теорему об изменении кинетического момента механической системы и теорию плоскопараллельного движения колеса и производя соответствующие преобразования, были выведены функциональные зависимости:

(6)

где, mK – масса неподрессоренных частей автомобиля; mд/о – приведенная масса дорожной одежды; Vа/бz, Vа/бx – вертикальная и горизонтальная проекция послеударной скорости покрытия соответственно.

С использованием зависимостей (6) определялись численные значения вертикальных проекций послеударных скоростей покрытия с учетом параметров движущегося автомобиля (двухосный грузовой автомобиль) и конструкции дорожной одежды (пятислойная дорожная одежда) (таблица 1).

Таблица 1 – Вертикальные послеударные скорости асфальтобетонного слоя

Скорость движения Высота дорожной неровности, мм
грузового 0,2 0,5 10 15 20 25 35 40
автомобиля км/ч Вертикальная проекция скорости асфальтобетонного слоя, м/с
40 0,004 0,006 0,026 0,032 0,037 0,041 0,047 0,050
50 0,005 0,008 0,033 0,040 0,046 0,051 0,059 0,063
60 0,006 0,009 0,040 0,048 0,055 0,061 0,071 0,075
70 0,007 0,011 0,046 0,056 0,064 0,071 0,083 0,088
80 0,008 0,012 0,053 0,064 0,073 0,081 0,094 0,100
90 0,009 0,014 0,059 0,072 0,083 0,092 0,106 0,113

Как следует из таблицы 1, при ударном взаимодействии колес грузового автомобиля и дорожной одежды уровни послеударных скоростей покрытия изменяются от 0,004 до 0,113 м/с для широкого диапазона амплитуд неровностей и скоростей движения автомобиля.

Анализ исследования влияния различных скоростей движения автомобилей и величин неровностей на покрытии на формируемые при колебаниях максимальные амплитуды прогибов дорожной конструкции, показал, что прирост () перемещений постоянен на всем диапазоне изменения скоростей и имеет линейную зависимость для всех слоев дорожной одежды.

С ростом высот неровностей наблюдается быстрое увеличение амплитуд перемещений слоев (Рис. 5), что может привести к ускоренному разрушению дорожной конструкции, если h будет превышать некоторую величину.

Так как динамические показатели вибрационного процесса дорожной конструкции во многом зависят от упругих взаимосвязей между слоями, было проанализировано изменение их динамики при учете многослойности покрытия и основания. Было установлено, что в случае моделирования покрытия и основания как многослойных элементов, вибрационные показатели (виброперемещения, виброскорости и виброускорения) отдельных слоев изменяются в 2…5 раз. При этом близость численных значений динамических параметров смежных слоев мало влияет на это соотношение.

 Зависимость амплитуд перемещений-55

Рис. 5. Зависимость амплитуд перемещений слоев дорожной одежды от высоты неровности покрытия

Одним из важнейших факторов, формирующих колебательные процессы в дорожной одежде, является уровень диссипации в отдельных ее слоях. На первом этапе исследований принималось условие оптимальности уровня диссипации. При этом время полного затухания колебаний дорожных слоев составляло 0,2…0,5 с. Однако реальный уровень диссипативных сил в слоях гораздо ниже оптимального. Сопоставление экспериментальных и теоретических показателей диссипации выявило, что уровень диссипативных сил в слоях составляет примерно 0,003…0,005 от оптимального.

Такое малое рассеивание колебательной энергии способствует возникновению относительно продолжительных затухающих колебаний дорожной одежды. Если амплитуды этих колебаний будут сопоставимы с величиной упругой деформации от веса автомобиля, то колебательный процесс станет фактически оказывать такое же воздействие на дорожную конструкцию, как и воздействие при проезде многих автомобилей. При наличии такой нагрузки условия эксплуатации дорожных конструкций резко ухудшатся.

При теоретических исследованиях было выявлено, что в процессе взаимодействия колеблющихся слоев возникает эффект условного роста диссипации за счет упругого сопротивления между слоями. Этот условный рост уровня диссипации можно регулировать соответствующим подбором параметров или соотношений парциальных частот слоев. При этом можно снизить общую вибрационную нагрузку на дорожную одежду.

Для раскрытия закономерностей вибрационного нагружения немаловажное значение имеет исследование динамики дорожной конструкции при движении транспортного потока. При исследованиях вибронагруженности от транспортных потоков учитывалось, что существующая в настоящее время классификация транспортных потоков не связана с динамикой дорожной конструкции. Особенность вибрационного нагружения дорожных одежд от транспортного потока выражается возбуждением колебаний и поддержки этого процесса за счет дополнительной ударной энергии получаемой от многократных проездов последующих автомобилей.

Расчетный виброфон при свободном транспортном потоке показал, что весь процесс вибронагружения покрытия представляет собой совокупность одиночных нагружений от единичных автомобилей (рис. 6).

Рис. 6. Виброфон слоев дорожных одежд при свободном транспортном потоке

Рис. 7. Виброфон асфальтобетонного слоя при связанном транспортном потоке

При связанном транспортном потоке движение группы автомобилей незначительно изменяет виброфон, в основном в области малых амплитуд, и практически не влияет на формирование вибронагруженности дорожной конструкции. Когда в таком потоке возникают повторные ударные возмущения от колес движущихся автомобилей, амплитудные значения виброскоростей (виброускорений) слоев дорожных одежд уже настолько снижены за счет диссипации, что их величиной можно пренебречь. Однако следует отметить, что при этом меняется характер колебательного процесса. Например, виброфон асфальтобетонного слоя покрытия при связанном транспортном потоке становится непрерывным (Рис. 7).

Только при чисто теоретическом, условно называемом резонансном транспортном потоке, ярко выражено существенное увеличение уровня вибронагруженности. В реальной эксплуатации существование такого потока маловероятно.

В связи с этим, предложено при конструировании дорожных одежд использовать понятие динамического транспортного потока. Разработаны квалификационные признаки такого потока, а именно, расстояние между движущимися автомобилями, средняя скорость потока и время полного затухания колебаний в слоях дорожной одежды. Если первые два признака можно отнести к статистически случайным, то третий признак регулируется путем рационального динамического подбора собственных частот взаимодействующих слоев дорожной одежды.

Четвертая глава посвящена анализу формирования динамических сил в слоях дорожной одежды. Показатели, используемые для описания вибрационных процессов слоев дорожной одежды, такие как виброскорость и виброускорение, практически не связаны с параметрами, характеризующими прочность дорожной конструкции и поэтому малоинформативны. Для того, чтобы оценивать вибрационные показатели по уровню их разрушительного действия, предложено использовать такой динамический показатель, как динамические силы. Эти силы, относящиеся к инерционным, уравновешивают совокупность всех других сил и поэтому наиболее полно характеризуют динамическое нагружение дорожной конструкции.

Расчеты показали, что динамические силы, формируемые в том или ином слое дорожной одежды, прямо пропорциональны скорости движения автомобиля, но имеют для каждого слоя свои коэффициенты пропорциональности или коэффициенты динамической нагрузки. Эти силы можно описать как

(7)

где, V – скорость движения автомобиля, км/ч; Кi – коэффициент динамической нагрузки слоя дорожной одежды, кН*ч/км.

Коэффициенты динамической нагрузки нелинейно связаны с амплитудами динамических неровностей на покрытии и выражаются в виде полинома (8).

(8)

где, h – амплитуда динамической неровности на покрытии.

В таблице 2, в качестве примера, представлены численные значения коэффициентов полинома (8) для пятислойной дорожной одежды.

Таблица 2 – Коэффициенты полиноминальной зависимости

Наименование дорожного слоя Коэффициенты полиноминальной зависимости, *10-3
а b c d
а/б плотный 0,0003 0,100 14,1 249,9
а/б пористый 0,0004 0,100 15,2 253,7
черный щебень 0,0003 0,100 15,8 273,6
щебень фракцион. 0,0002 0,060 7,9 126,7
песок 0,0002 0,060 7,2 115,7

Оценив среднестатистические амплитуды динамических неровностей покрытия, включая высоты шероховатости, и скорости движения грузовых автомобилей, можно спрогнозировать уровни динамических сил в слоях. Эти уровни фактически будут характеризовать разрушительные параметры вибрационного нагружения.

По величине динамических сил в слоях дорожной одежды можно оценить уровень их вибрационного нагружения и определить степень влияния каждого слоя на формирование напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции. Анализ уровня динамических сил в слоях позволил доказать корректность исключения слоя грунта земляного полотна из динамических расчетных схем дорожных конструкций. Расчетами было установлено, что введение в динамические схемы модели грунта, практически не меняет уровни динамических сил в слоях дорожных одежд (таблица 3).

Таблица 3 - Уровни динамических сил в слоях дорожной одежды при учете параметров грунта земляного полотна

Толщина грунта земляного полотна, м Динамические силы в слоях, кН
а/б плотный а/б пористый черный щебень щебень фракцион. песок грунт земляного полотна
0,5 5,43855 8,98188 7,19804 2,33862 1,01473 0,58634
1,0 5,43738 8,98173 7,19812 2,33672 1,01624 0,61455
1,5 5,43961 8,98150 7,19792 2,38102 1,01131 0,59377


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.