Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛЬНОЙ СРЕДЫ В УСЛОВИЯХ ФИКСИРОВАННОГО ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к области «физика материального взаимодействия» и позволяет выражать известные механические параметры материальной среды через универсальные физические величины, присущие всем материальным средам с нарушенной структурой и различающиеся по величине в зависимости от температуры T(°C), плотности ρ (кг/см³), ускорения гравитационного притяжения (g, м/с²) и движения материального тела (α, м/с²), светового излучения и радиоактивности, электрического и магнитного воздействия.

Известен способ определения механических параметров жидкой, газовой и вязкой материальной среды - напряжения ее внутреннего трения (кГ/см²) (закон Ньютона), где (dv/dl) - градиент скорости материальной среды, dv - изменение скорости течения при удалении на расстояние dl от поверхности слоя среды в перпендикулярном к нему направлении, текучести среды кинематической вязкости (м²/с), где ρ - плотность среды, через коэффициент внутреннего трения (коэффициент динамической вязкости) η (Па·с) среды, а вязких твердых тел - через показатель ударной вязкости ε (Дж/м²), определяющим свойство материальной среды необратимо поглощать энергию при пластическом деформировании [1].

Через физический параметр вязкости материальной среды невозможно определение никаких ее других механических параметров, кроме кинематической вязкости, текучести и напряжения внутреннего трения τ среды. Показатель η вязкости среды не является универсальной физической величиной, определяющей другие известные механические параметры материальной среды.

Известен способ определения механических параметров прочности структурированной твердой практически несжимаемой (безпористой) материальной среды металлов и бетона - тангенциального напряжения сдвига (кГ/см²) (закон Ш. Кулона-Мора), находящейся в предельном напряженно-деформированном состоянии под давлением p (кГ/см²) и характеризующейся через угол внутреннего трения и удельное сцепление c_стр (кГ/см²) [2].

Экспериментальные исследования упруго-вязко-пластичных металлов и хрупких металлов и бетона свидетельствуют о минимальном значении угла внутреннего трения у первой и удельного сцепления у второй группы материальных твердых сред, что заставляет обращаться к другим характеристическим механическим параметрам - твердости HB по Бринелю, HM - по Мейеру, HRC - по Роквеллу (шкала C), HV - по Виккерсу.

Известен способ определения механических параметров пористых упруго-вязко-пластичных грунтовых и упруго-эластичных торфяных структурированных материальных сред - тангенциального напряжения сдвига (закон Ш. Кулона-Мора) в предельном состоянии, начального (первого) критического давления:

где γ_стр - удельный вес (кГ/см³) структурированной среды, предельного давления для грунтовых массивов:

(по Прандтлю-Рейснеру), через механические параметры грунтовой среды - угол внутреннего трения и удельное сцепление c_стр (кГ/см²) структурированной среды [3].

Параметры прочности среды - угол и удельное сцепление c_стр считают механическими, присущими связным компрессионным сжимаемым (пористым) грунтовым средам. При этом большинство механических параметров фунтовой среды не выражаются через параметры прочности и c_стр, кроме критических для фунтов сжимающих давлений и .

Технический результат по способу определения механических параметров нарушенной материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия заключается в том, что фиксируют температуру T (°C), плотность ρ (кГ/см³), ускорение гравитационного притяжения (g, м/с²) и движение материального тела (α, м/с²), световое излучение и радиоактивность, электрическое и магнитное воздействие, устанавливают требуемый механический параметр материальной среды с учетом влияния физических определяющих параметров внешнего воздействия, определяют угол внутреннего трения , и удельное сцепление c_стр (кГ/см²) структурированной (природной) среды достигается тем, что параметры угла внутреннего трения и удельное сцепление c_н нарушенной среды определяют в фиксированных условиях внешнего воздействия, используя выражения

а механические параметры материальной среды, используя фиксированные параметры и c_н, и c_стр в заданных условиях внешнего воздействия.

Пример реализации способа. Грунтовая материальная среда - суглинок характеризуется углом внутреннего трения φ_стр=33°, удельным сцеплением c_стр=0,1678 (кГ/см²) на глубине h=120 см грунтового массива. Определим механические параметры суглинка.

1. Угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии на глубине h равен:

2. Удельное сцепление суглинка в нарушенном состоянии:

3. Удельный вес суглинка на глубине h равен:

4. Гравитационное (бытовое) давление на глубине h равно:

5. Коэффициент Пуассона суглинка

а) в массиве на глубине h равен:

б) в стенках отрытой выработки на глубину h равен:

в) в условиях компрессионного сжатия:

6. Начальное (первое) критическое давление под штампом в лабораторном приборе в условиях компрессионного сжатия суглинка:

7. Начальное (первое) критическое давление в массиве в условиях компрессионного сжатия суглинка:

8. Начальное (первое) критическое давление в условиях одноосного сжатия образца суглинка:

9. Начальное (первое) критическое давление под штампом на поверхности полупространства:

10. Начальное (первое) критическое давление под штампом на дне вертикальной выработки:

Предлагаемый способ определения механических параметров материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия впервые позволяет однозначно характеризовать материальную среду через параметры прочности среды, находящейся в структурированном или нарушенном состоянии.

Источники информации

1. Политехнический словарь / Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - С. 95 (вязкость), 519 (ударная вязкость).

2. Тейлор Д. Основы механики грунтов / Под общей редакцией Цытовича Н.А. - М.: Гос. изд-во литер-ры по строительству, архитектуре и строит. материалам, 1960. - С. 275-277.

3. Цытович Н.А. Механика грунтов (Краткий курс): Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М.: Высш. школа, 1979. - С. 41-50, 109-113, 117-131.