СПОСОБ ХРУСТАЛЁВА Е.Н. ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОМЕРНОГО КОНТАКТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МАТЕРИАЛЬНЫХ СРЕД Российский патент 2016 года по МПК G01N3/12 

Способ Хрусталева Е.Н. получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и касается возможности достижения равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне контакта материальных сред, характеризующихся физическими параметрами - углом φ⁰ внутреннего трения и удельным сцеплением с (кГ/см²).

Известен способ получения равномерного контактного напряжения в зоне взаимодействия двух материальных сред - слабого грунтового основания с физическими параметрами - углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_Г (кГ/см²) с абсолютно гибким или абсолютно жестким сферическим штампом, при этом угол сектора полуконтакта сферического гибкого или жесткого штампа с грунтовым основанием в фазе максимальной упругости грунтового основания составляет величину ,

а с торфяной залежью -

,

где - краевая критическая нагрузка для торфяной залежи, - давление потери структурной прочности среды при растяжении,

- критическое давление для среды под центром штампа [1, 2].

Расчетные значения угла максимального полуконтакта материальных сред по радиусу R сферы или цилиндра практически оказываются заниженными для структурированных грунтов с углом внутреннего трения в 3,0…8 раз и для структурированных торфяных залежей с - соответствующими углу внутреннего трения торфа или заниженным в 3 раза.

Установлено на сегодняшний день, что только в предельном фазовом напряженно-деформированном состоянии материальной среды при ее разрушении угол полуконтакта двух сред должен соответствовать углу внутреннего трения наиболее слабой по прочности среды [2].

Технический результат по способу получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред, заключающемуся в том, что определяют и сравнивают упругие прочностные параметры контактирующих материальных сред - углы φ⁰ внутреннего трения и удельные сцепления с (кГ/см²), рассматривают деформируемую наиболее слабую материальную среду с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_сл (кГ/см²), достигается тем, что полный контакт двух сред производят по полусферической или полуцилиндрической поверхности, выпуклой со стороны более слабой среды под углом, равным удвоенному углу (2φ⁰) внутреннего трения более слабой по прочности среды, с радиусами взаимодействия двух контактирующих полусферических поверхностей - прямоугольных в плане со сторонами (b×l), - круглых в плане с диаметром d и полуцилиндрических поверхностей - прямоугольных в плане и шириной b, где угол внутреннего трения для структурированной среды и - для среды с нарушенной структурой.

Предлагаемый способ впервые позволяет определить геометрические параметры контактирующих материальных сред с равномерным распределением между ними напряжений через физический параметр наиболее слабой по прочности и наиболее деформируемой материальной среды - угол ее внутреннего трения, что повышает несущую способность и устойчивость сооружений на грунтовых основаниях, износоустойчивость и надежность работы контактирующих деталей машин.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - общий вид фундаментной плиты здания в отрытом котловане с выпуклой контактной поверхностью под радиус сферы R_сф или радиус цилиндрической поверхности прямоугольного фундамента длиной (1) и шириной (b) с равномерной эпюрой контактных напряжений σ_к - const; на фиг. 2 - вид А фиг. 1 фундаментной плиты с цилиндрической поверхностью; на фиг. 3 - вид А фиг. 1 фундаментной плиты со сферической поверхностью.

Пример реализации способа. Монолитная фундаментная плита 1 (фиг. 1) со зданием прямоугольной формы (b×l) (см.) (фиг. 2) проектируется на грунтовом основании, сложенном суглинком с удельным весом γ_стр=0,0022 (кГ/см³), с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_стр=0,2 (кГ/см²). Вес нагруженной плиты 250 т, габариты плиты b×l=6 м × 8 м, площадь плиты F=48 м². Плита укладывается на дне котлована 2 глубиной Н=2 м. Определим форму и параметры поверхности плиты с равномерно распределенным контактным давлением σ_к - const по ее площади.

Упругое состояние суглинка под плитой обеспечивается при контактном давлении р≤р_б, где гравитационное (бытовое) давление в грунте с ненарушенной структурой. Рабочее давление под плитой p_p=Р/F=250000/480000=0,52 (кГ/см²), что свидетельствует о том, что суглинок под плитой находится в нарушенном состоянии. Угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии

Таким образом, для создания равномерного контактного напряжения между суглинком и нагруженной фундаментной плитой необходимо прямоугольную площадь контакта плиты с грунтом выполнить выпуклой полусферической с радиусом сферы

(фиг. 3) или выпуклой полуцилиндрической (фиг. 2) с радиусом полуцилиндрической воронки сжатия вдоль длинной стороны .

Источники информации

1. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. Ч.II: Напряжения и деформации оснований сооружений: Монография. - Тверь: «Научная книга», 2007. - С. 71 (рис. 2.7), 72 (рис. 2.8), 76 (фиг. 2.9), 78 (фиг. 2.12), 80 (таблица 2.3), с 200-203.

2. Патент РФ №2343448. Способ определения несущей способности и осадок грунтового основания и торфяной залежи / Хрусталев Е.Н. Б.И. №1 от 10.01.2009 - Таблица 1.

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия» и касается возможности достижения равномерного напряженно-деформированного состояния в зоне контакта двух материальных сред. Суть изобретения заключается в том, что придают контактирующей поверхности более прочной материальной среды выпуклой полусферической формы с радиусами взаимодействия $$R_{ср.сф}=\mathrm{0,5}\sqrt{b^2+l^2}/\sin {\varphi }_{сл}^{о}$$ - для прямоугольной площади контакта, $$R_{ср.сф}=\mathrm{0,5}d/\sin {\varphi }_{сл}^{о}$$ - для круглой площади контакта, $$R_{ц}=\mathrm{0,5}b/\sin {\varphi }_{сл}^{о}$$ - для полуцилиндрической формы контакта шириной b, где $${\varphi }_{сл}^{о}$$ - угол внутреннего трения среды с нарушенной или с ненарушенной структурой, более слабой по прочности. Технический результат - обеспечение возможности определения геометрических параметров контактирующих материальных сред с равномерным распределением между ними напряжений. 3 ил.

Способ получения равномерного контактного напряжения при взаимодействии материальных сред, заключающийся в том, что определяют и сравнивают упругие прочностные параметры контактирующих материальных сред - углы φ⁰ внутреннего трения и удельное сцепление с (кГ/см²), рассматривают деформируемую наиболее слабую материальную среду с углом внутреннего трения и удельным сцеплением с_сл (кГ/см²), отличающийся тем, что полный контакт двух сред проводят по полусферической или полуцилиндрической поверхности, выпуклой в сторону более слабой среды под углом, равным удвоенному углу (2 φ⁰) внутреннего трения более слабой по прочности среды с радиусами взаимодействия двух контактирующих полусферических поверхностей - прямоугольных в плане со сторонами (b×l), - круглых в плане с диаметром d и полуцилиндрических поверхностей - прямоугольных в плане и шириной b, где угол внутреннего трения для структурированной среды и - для среды с нарушенной структурой.