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:   || 2 | 3 |

Методы оценки эксплуатационной надежности дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПЕТРОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

методы оценки ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Петрозаводск – 2012

Работа выполнена на кафедре промышленного транспорта и геодезии Петрозаводского государственного университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Питухин Александр Васильевич
Официальные оппоненты: Бурмистрова Ольга Николаевна, доктор технических наук, профессор, декан лесотехнического факультета, заведующая кафедрой технологии и машин лесозаготовок и прикладной геодезии Ухтинского государственного технического университета Лукашевич Виктор Михайлович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и оборудования лесного комплекса Петрозаводского государственного университета
Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова

Защита состоится 20 июня 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 при Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан « » мая 2012 г.

Ученый секретарь
диссертационного совета Р. В. Воронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. От эффективной работы лесной промышленности зависит экономическое развитие ряда регионов Российской Федерации. В технологическом цикле лесопромышленного производства сухопутный транспорт является связующим звеном. Вывозка лесоматериалов в настоящее время осуществляется, в основном, автомобильными поездами, при этом доля транспорта в себестоимости достигает 44-48%.

Эффективная работа автомобильных поездов может быть обеспечена только при высоких транспортно-эксплуатационных качествах автомобильных лесовозных дорог. Изучением транспортно-эксплуатационного состояния и его изменением в процессе эксплуатации лесовозной дороги занимался ряд ученых МГУЛ, СПбЛТУ, Ухтинского ГТУ, ВГЛТА, Северного (Арктического) федерального университета, ПетрГУ и других учреждений. В результате теоретической работы и проведенных экспериментальных исследований авторами были получены зависимости, отражающие изменение транспортно-эксплуатационных характеристик в процессе работы дороги. Полученные зависимости базируются на знании объемно-напряженного состояния дорожной одежды с учетом воздействия лесовозных автомобильных поездов.

Однако используемые автопоезда постоянно совершенствуются, увеличивается их грузоподъемность, изменяются параметры колес. Это вызывает необходимость совершенствования используемой для вывозки сети лесовозных автомобильных дорог, оценки дополнительного воздействия от автопоездов повышенной грузоподъемности, учета этого воздействия при проектировании. Таким образом, возникает необходимость разработки уточненной методики определения напряжений в дорожных конструкциях, которая позволит определять объемно-напряженное состояние дорожной конструкции для конкретного автопоезда. Актуальность разработки методов оценки вероятности безотказной работы вследствие разрушения дорожного покрытия от однократного и циклического нагружения от лесовозных автопоездов, определения вероятности безотказной работы нежестких дорожных покрытий от усталостного и эрозионного изнашивания, совершенствования расчетов конструкций дорожных одежд из зернистых материалов обусловлена необходимостью повышения эксплуатационной надежности дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение транспортно-эксплуатационных качеств лесовозных дорог на стадии проектирования и эксплуатации путем уточнения методов расчета напряженно-деформированного состояния дорожной конструкции, моделирования разрушения и изнашивания дорожного покрытия, а также разработки методов определения вероятности безотказной работы дорожных покрытий.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является конструкция лесовозной автомобильной дороги, а также процесс взаимодействия лесовозного автопоезда с покрытием.

Методы исследований. Для решения поставленной цели были использованы методы: теории вероятностей, математической статистики, теории планирования эксперимента, регрессионного анализа, дифференциального и интегрального исчислений, теории расчета нежестких дорожных одежд, теории упругости, теоретической механики и механики разрушения. В процессе решения поставленных задач и обработки результатов экспериментов применялись прикладные программные пакеты Microsoft Word, Microsoft Excel, Зенит.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 207 страниц. Диссертационная работа содержит 39 рисунков, 44 таблицы (включая 8 таблиц приложений). Список литературы содержит 180 источников.

Научная новизна. Научной новизной обладают:

- Метод определения вероятности безотказной работы участка лесовозной дороги вследствие эрозионного изнашивания дорожного покрытия;

- Метод определения вероятности безотказной работы участка лесовозной дороги вследствие усталостного изнашивания дорожного покрытия;

- Метод оценки вероятности безотказной работы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог при разрушении от однократного приложения нагрузки;

- Метод оценки вероятности безотказной работы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог при циклических нагрузках с позиций механики разрушения;

- Метод оценки вероятности безотказной работы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог при циклических нагрузках с использованием кривой усталости;

- Результаты экспериментальных исследований физико-механических характеристик конструктивных слоев дорожных одежд лесовозных дорог, полученные путем применения георадаров;

- Уточненная методика расчета дорожных конструкций из зернистых материалов и требования к расчетным показателям, что позволит определять толщину покрытия, при которой на поверхности основания в процессе эксплуатации не будет накапливаться остаточных деформаций.

Значимость для теории. Разработанные и исследованные методы определения вероятности безотказной работы дорожных покрытий вследствие разрушения от одно- и многократного приложения нагрузки, методы определения напряжений от автопоездов в дорожных конструкциях, методы оценки вероятности безотказной работы участков дорог вследствие эрозионного и усталостного изнашивания позволяют определить условия работы дорожных конструкций и углубить теорию надежности лесовозных автомобильных дорог.

Значимость для практики. Результаты исследования позволяют на этапе проектирования и эксплуатации лесовозных дорог уменьшить ущерб от воздействия автопоездов и улучшить транспортно-эксплуатационные качества лесовозных дорог.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики, проведением экспериментальных исследований в полевых и лабораторных условиях, подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет хорошей сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Аппробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на 59-й и 60-й научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (апрель 2007, апрель 2008 г. - ПетрГУ г. Петрозаводск), на республиканской научно-технической конференции «Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия» (апрель 2010 г., апрель 2012 г. – ПетрГУ г. Петрозаводск), и на международной конференции «Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии» (сентябрь 2011 г. – ПетрГУ г. Петрозаводск), а также на заседаниях кафедры "Промышленного транспорта и геодезии" и кафедры "Технологии металлов и ремонта" Петрозаводского государственного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и методы исследований, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено состояние проблемы повышения эксплуатационного уровня лесовозных автомобильных дорог. Лесовозные автомобильные дороги должны обеспечивать бесперебойное, круглосуточное, круглогодичное безопасное и удобное движение автомобилей с расчетными скоростями и осевыми нагрузками в течение всего срока службы, что возможно только при своевременном осуществлении работ по ремонту и содержанию. Планирование данных видов работ должно осуществляться на основании значений транспортно-эксплуатационных показателей.

Изменение параметров лесовозных автомобильных дорог вызвано воздействием лесовозных автопоездов и погодно-климатических факторов. Под воздействием нагрузки, в дорожной конструкции возникает сложное напряженно-деформированное состояние, от точности определения которого зависит правомерность и обоснованность принятых конструктивных решений. В связи с большим разнообразием транспортных средств, осуществляющих вывозку леса, необходимо максимально точно идентифицировать воздействие каждого из них на конструкцию дорожной одежды.

Исследование вопросов, связанных с изменение транспортно-эксплуатационного состояния, отражено в большом количестве работ, что подтверждает значимость рассматриваемых вопросов.

Исходя из анализа состояния вопроса и цели работы, сформулированы задачи исследования:

  1. Разработать метод определения вероятности безотказной работы участка автомобильной лесовозной дороги вследствие эрозионного изнашивания дорожного покрытия из зернистых материалов;
  2. Разработать метод определения вероятности безотказной работы участка автомобильной лесовозной дороги вследствие усталостного изнашивания дорожного покрытия;
  3. Разработать метод оценки вероятности безотказной работы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог при разрушении от однократного приложения нагрузки;
  4. Разработать метод оценки вероятности безотказной работы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог вследствие разрушения от циклических нагрузок с позиций механики разрушения;
  5. Разработать метод оценки вероятности безотказной работы дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог вследствие разрушения от циклических нагрузок с использованием кривой усталости;
  6. Разработать метод определения напряжений в конструктивных слоях дорожных одежд, который позволит оценивать возможность пропуска лесовозными автомобильными дорогами автопоездов с заданными параметрами;
  7. Уточнить методику расчета дорожной конструкции из зернистых материалов и требования к расчетным показателям лесовозных дорог, принимаемым на этапе проектирования дорожных конструкций, учитывая качество производства работ;
  8. Экспериментальным путем исследовать влияние природно-климатических факторов, лесовозных автопоездов и условий строительства на работоспособность дорожных конструкций лесовозных автомобильных дорог;
  9. Проверить адекватность разработанных методов и математических моделей.

Во второй главе рассмотрена необходимость применения теории вероятностей при расчетах дорожных конструкций. Предложен метод определения вероятности безотказной работы участка лесовозной автомобильной дороги вследствие эрозионного изнашивания покрытия, выполненного из зернистых материалов. Метод основан на модели, предполагающей усеченное экспоненциальное распределение величин дефектов D на грунтовых покрытиях и предпосылке, что для возникновения отказа на участке дороги длиной L достаточно одного дефекта предельной глубины .

  Конструкция дорожной одежды-0

Рисунок 1 – Конструкция дорожной одежды лесовозной дороги

Также предполагалось, что время образования одного дефекта, предельной глубиной , пропорционально разности между толщиной слоя и первоначальной глубиной дефекта. Время безотказной работы покрытия определяется из условия наискорейшего разрушения или появления первого дефекта, достигшего критического размера . Функцию распределения срока службы до отказа целесообразно определять с использованием экстремальных распределений.

Вероятность безотказной работы предложено определять по формуле:

, (1)

где – толщина слоя покрытия, мм;

– параметр экспоненциального распределения, 1/мм;

– время безотказной работы покрытия, год;

– количество дефектов на участке лесовозной дороги длиной L;

– износостойкость для данного конкретного материала покрытия от воздействия погодно-климатических факторов и транспортных средств, год/мм.

Формула (1) может быть использована для решения теоретических задач по определению требуемого уровня надежности лесовозной дороги. Представленная зависимость также позволяет на этапе проектирования покрытий лесовозных дорог из зернистых материалов учесть влияние случайных факторов, и принять обоснованное решение по назначению конструкции дорожной одежды, позволяющее увеличить вероятность безотказной работы участка дороги.

Кроме эрозионного изнашивания, причины отказов лесовозных дорог также связаны с усталостным изнашиванием, под которым понимают процесс разрушения дорожного покрытия, характеризующийся усталостными явлениями в поверхностных слоях.

Оценку прочности при усталостном изнашивании ведут по наибольшему сжимающему напряжению , равному максимальному контактному давлению р. Его принято называть контактным напряжением . Расчет на усталостное изнашивание (контактную выносливость) при циклических контактных напряжениях базируется на экспериментальных кривых контактной усталости. При нерегулярном переменном нагружении от движения лесовозных автопоездов фактическое изменение напряжений может быть сведено к блочному нагружению. Один блок нагружения состоит из r ступеней, каждой из которых соответствует амплитуда контактных напряжений и число циклов повторения этой амплитуды в блоке , i = 1, 2,....r.

При условии справедливости линейной гипотезы суммирования контактных усталостных повреждений, число блоков нагружения до образования выбоины предельных размеров может быть определено по формуле:

, (2)

где m – показатель наклона левой ветви кривой контактной усталости;

Nнo – число циклов, соответствующее точке перелома кривой контактной усталости;

но – предел контактной выносливости.

Срок службы до отказа, при длительности блока нагружения tб, записывается в виде:

(3)

В правую часть выражения входят случайные величины , характеризующиеся своими функциями распределения. Как функция случайных аргументов, величина также является случайной. Чтобы найти функцию распределения , применяют метод статистических испытаний или метод статистической линеаризации.

В случае применения метода статистической линеаризации и принимая распределение срока службы логарифмически нормальным, можно определить для заданной вероятности разрушения Р логарифм срока службы до отказа:

(4)

где Up - квантиль нормального распределения, соответствующий вероятности разрушения Р;

- среднее квадратическое отклонение логарифма срока службы;

- средний срок службы до отказа с учетом рассеяния параметров асфальтобетонной смеси как внутри одной партии, так и между партиями.

Предложен метод оценки вероятности безотказной работы при разрушении дорожных усовершенствованных покрытий от однократной нагрузки. Для этого определяем коэффициент интенсивности напряжений Ki по формуле:

(5)

где i – интенсивность напряжений;

Yi(l) – коэффициент, учитывающий размеры покрытия и вид дефекта;

l – длина трещиноподобного дефекта.

Условие разрушения запишется в виде:

(6)

Зная критический коэффициент интенсивности напряжений КiC, можно определить вероятность безотказной работы P при предположении, что плотность распределения вязкости разрушения материала дорожной конструкции f1(KiC) и коэффициента интенсивности напряжений f2(Ki) известны.

Для определения долговечности дорожного покрытия, предложен метод оценки вероятности безотказной работы при усталостном разрушении от действия циклических нагрузок, который рассматривает процесс постепенного накопления повреждений, приводящий к образованию трещин по подошве усовершенствованного покрытия, их развитию и локальному разрушению участка поверхности. В рассматриваемом методе процесс усталостного разрушения ограничен двумя укрупненными стадиями: стадия накопления рассеянных повреждений и стадия развития усталостной трещины.

Для описания процесса усталостного разрушения на стадии накопления рассеянных повреждений предложено использовать уравнение В.В. Болотина с помощью которого рекомендуется определять число циклов зарождения Nз, после чего трещина начнет свое развитие при циклических напряжениях от лесовозных автопоездов.

Для описания процесса усталостного разрушения на стадии развития усталостной трещины предложено использовать уравнение Пэриса:

, (7)

где l – длина трещины;

N – число циклов;

n, C – экспериментально определяемые константы;

Кi – изменение (размах) коэффициента интенсивности напряжений в цикле;

(8)

где i – размах напряжений в цикле, при min0 принимаем = max.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.