Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ХРУСТАЛЁВА Е.Н. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ УПРУГОГО ФАЗОВОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛЬНОЙ СРЕДЫ В МАССИВЕ

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и касается определения границ упругого состояния материальной среды в массиве.

Известен способ определения границ упругого фазового состояния металлов как несжимаемой материальной среды при растяжении и сжатии, заключающийся в том, что на основании испытания образца длиной l (см) металла заданного сечения площадью F(см²) на растяжение под задаваемыми ступенями нагрузки Р(кГ) строят график предельного состояния металла по закону Ш. Кулона τ_i=σ_i·tgφ+c (кГ/см²), где σ_i=P_i/F (кГ/см²) - напряжение растяжения и сжатия образца при относительном удлинении и сжатии ε_i=Δl=l_i/l=(Pl)/(EF) (закон Гука), Е модуль упругости (кГ/см²), и диаграмму σ_i=ƒ(ε_i) «растяжения-сжатия» образца металла, по графику τ_i=σ_i·tgφ+c (кГ/см²) и его круговым диаграммам Мора, а также по диаграмме σ_i=ƒ(ε_i) определяют верхнюю границу предела текучести металла при растяжении - σ_ТР и при сжатии - σ_Тсж при соответствующих величинах среднего напряжения сопротивления металла растяжению (σ_ТР/2) и сжатию (σ_Тсж/2), величину временного сопротивления (предела текучести) σ_в.р - при растяжении и σ_в.сж - при сжатии [1], а также верхнюю границу «зуба» текучести σ_ЗРВ и нижнюю границу «зуба» текучести σ_ЗРН при его проявлении в момент растяжения [2].

Проявление «зуба» текучести при растяжении металла считается аномальным явлением и во внимание не принимается. Параметры σ_Т и σ_в аналитических выражений не имеют и их получают опытным путем в лабораториях на металлических образцах.

Пределы текучести при сжатии - σ_Тсж и при растяжении - σ_ТР определяют соответствующие границы потери упругости металлов при сжатии и растяжении.

Известен способ определения границ «мгновенно» упругого фазового напряженно-деформированного состояния образца грунта - как высокопористой сжимаемой материальной среды при одноосном сжатии, заключающийся в том, что пределы природной структурной устойчивости и прочности образца грунта в условиях одноосного сжатия и растяжения определяют зависимостями и , где - угол внутреннего трения грунтовой среды с ненарушенной структурой, с_стр(кГ/см²) - ее удельное сцепление [3, 4].

Недостатком известного способа определения границ упругофазового состояния грунта является то, что эти границы соответствуют только образцу грунта, деформируемому в условиях одноосного сжатия или растяжения, в то время как проектировщиков интересуют границы упругого состояния деформируемого грунта в массиве.

Технический результат по способу определения границ упругого фазового напряженно-деформированного состояния материальной среды в массиве, заключающемуся в том, что определяют прочностные физические параметры структурированной среды - угол внутреннего трения и с_стр(кГ/см²) - удельное сцепление на глубине h (см) массива, через которые рассчитывают верхнюю границу упругости среды при сжатии и нижнюю границу упругости среды при растяжении, достигается тем, что определяют удельный вес среды γ_стр(кГ/см³), верхнюю границу упругого фазового состояния среды при сжатии определяют через величину гравитационного (бытового) давления

, соответствующую пределу потери структурной прочности среды при сжатии, нижнюю границу упругого состояния структурированной среды при растяжении определяют через величину

, a нижнюю границу упругого состояния среды с нарушенной структурой определяют через величину

, где σ_Т.сж - предел текучести среды при сжатии (кГ/см²), σ_ТР - предел текучести среды при растяжении (кГ/см²), при этом выражением

определяют величину «зуба» текучести материальной среды при растяжении, где , с_н=с_стр[2-(tgφ_стр/tgφ_н)](кГ/см²) - параметры прочности материальной среды в нарушенном состоянии.

Впервые получены аналитические зависимости для определения верхней и нижней границ упругого фазового состояния любой материальной среды через ее физические параметры угла внутреннего трения и удельного сцепления с (кГ/см²) в структурированном и нарушенном состоянии, установлена определяющая зависимость величины «зуба» текучести, присущего упругой вязко-пластичной материальной среде, характеризующейся углом внутреннего трения и с_н(кГ/см²) - удельным сцеплением при нарушении ее структурной прочности.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена зависимость (Ш. Кулона - Е.Н. Хрусталева) предельного состояния упруго-вязко-пластичной материальной среды в структурированном и нарушенном состоянии в условиях компрессионного сжатия, на фиг. 2 - основная кривая (1) упругого деформирования структурированной среды и петля упругого гистерезиса (2-3) типичной упруго-вязко-пластичной материальной среды с нарушенной структурой (грунт, металл и др.).

На графике предельного состояния грунтовой упруго-вязко-пластичной среды (фиг. 1) величина природного (бытового) гравитационного давления в массиве составляет величину для структурированного грунта и - для грунта с нарушенной структурой. Радиусы кругов Мора при сжатии среды составляют величины , и при ее растяжении - , . Величина «зуба» текучести при верхней границе упругого фазового состояния среды и нижней границе упругого фазового состояния структурированной среды

и среды с нарушенной структурой ,

где , .

Пример реализации способа. Суглинок в массиве на глубине h=120 (см) находится в структурированном состоянии, удельный вес суглинка γ_стр=0,0022 (кГ/см³). Угол внутреннего трения суглинка , удельное сцепление с_стр=0,16 (кГ/см²).

Расчетный угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии равен

, a удельное сцепление .

Верхняя граница упругого фазового состояния суглинка составляет величину , нижняя граница упругого фазового состояния суглинка составляет величину для структурированного суглинка и величину для суглинка с нарушенной структурой, при этом величина «зуба» текучести равна

Источники информации

1. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: гл.редакция физ.-мат. лит-ры изд-ва «Наука», 1974. - С. 53-56, 62-66, 264-268.

2. Политехнический словарь. Гл.ред. И.И. Артоболевский. - М.: Советская Энциклопедия, 1977. - С. 486 («текучести зуб»).

3. Патент РФ №2270990. Способ определения несущей способности грунтового основания и торфяной залежи / (Хрусталев Е.Н. Б.И. №6 от 27.02.2006 - фиг. 6).

4. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. 4.1: Несущая способность оснований сооружений. - Тверь, ТГТУ, 2004. - С. 77-78.