Исследование применимости методики обращенного эксперимента к определению динамических характеристик водонасыщенных грунтов
Автор: Котов В.Л., Баландин вЛ.В., Баландин вЛ.вЛ.
Статья в выпуске: 3, 2016 года.
Бесплатный доступ
Рассматривается задача определения силы сопротивления внедрению ударника с плоским торцом в сухой и водонасыщенный песчаный грунт в рамках методики обращенного эксперимента. В эксперименте контейнер с грунтом наносит удар по торцу мерного стержня, а значение силы сопротивления определяется на основе показаний датчика деформаций на поверхности мерного стержня на удалении от его торца. Численно исследован процесс распространения импульсов сжатия, образующихся при ударе о торец мерного стержня контейнера с водонасыщенным и сухим песчаным грунтом. Сжимаемость грунта отражается ударной адиабатой, сдвиговые свойства грунта описывает дробно-рациональная зависимость предела текучести от давления. Ударные адиабаты грунта различного водонасыщения получены на основе модели многокомпонентной среды. Численно получены зависимости от времени силы сопротивления внедрению цилиндрического ударника в сухой, влажный и водонасыщенный песчаный грунт. Отмечена меньшая длительность нестационарной стадии импульса силы во влажном грунте по сравнению с сухим грунтом. Проведен анализ погрешности определения усилия, действующего на ударник, по значениям импульса деформации на поверхности мерного стержня. Численно продемонстрирован эффект действия геометрической дисперсии при распространении вдоль стержня импульса сжатия с длиной волны, сравнимой с радиусом цилиндра. Для восстановления импульса на торце стержня по его значениям на поверхности на удалении от места приложения нагрузки применяются модифицированные методики с поправками на дисперсию и с дополнительным учетом неравномерности распределения деформаций по поперечному сечению стержня. Отмечены искажения формы восстановленного импульса, получена зависимость ошибки в определении максимального значения от длительности нестационарной части исходного импульса. Показана достоверность определения квазистационарного значения силы сопротивления внедрению после введения поправок на дисперсию как в сухом, так и в водонасыщенном грунте.
Удар, обращенный эксперимент, ударная адиабата, квазистационарное значение силы сопротивления внедрению, сопротивление сдвигу, водонасыщенный грунт, мерный стержень, дисперсия упругой волны
Короткий адрес: https://sciup.org/146211635
IDR: 146211635 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.3.06
Список литературы Исследование применимости методики обращенного эксперимента к определению динамических характеристик водонасыщенных грунтов
- Лагунов В.А., Степанов В.А. Измерение динамической сжимаемости песка при высоких давлениях//ПМТФ. -1963. -№ 1. -С. 88-96.
- Дремин А.Н., Карпухин И.А. Метод определения ударных адиабат дисперсных веществ//ПМТФ. -1963. -№ 3. -С. 184-188.
- Ударная сжимаемость сухого и водонасыщенного песка/М.Д. Дианов, Н.А. Златин, С.М. Мочалов //Письма в ЖТФ. -1976. -Т. 2, вып. 12. -С. 529-532.
- Брагов А.М., Грушевский Г.М. Влияние влажности и гранулометрического состава на ударную сжимаемость песка//Письма в ЖТФ. -1993. -Т. 19. -Вып. 12. -С. 70-72.
- Bacon C., Lataillade J-L. Development of the Kolsky-Hopkinson technics and applications for non-conventional testing//In New experimental methods in material dynamics and impact. Eds. Nowacki W.K. and Klepaczko J.R. -Poland: Warsaw, 2001. -P. 1-58.
- Gary G. Some aspects of dynamic testing with wave-guides//In New experimental methods in material dynamics and impact. Eds. Nowacki W.K. and Klepaczko J.R. -Poland: Warsaw, 2001. -P. 179-222.
- Анализ особенностей измерения динамических характеристик мягких грунтов методом Кольского/А.М. Брагов, В.Л. Котов, А.К. Ломунов, И.В. Сергеичев//Изв. СО РАН. ПМТФ. -2004. -Т. 45, № 4. -С. 147-153.
- Баландин В.В., Брагов А.М. Экспериментальная методика измерения сил сопротивления при взаимодействии ударника с грунтовой средой//ПППП. Методы решения: межвуз. сб. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та, 1991. -С. 101-104.
- Методика определения ударной адиабаты мягких грунтов по результатам обращенных экспериментов/А.М. Брагов, В.В. Баландин, А.К. Ломунов, А.Р. Филиппов//Письма в ЖТФ. -2006. -Т. 32, вып. 11. -С. 52-55.
- Обращенный эксперимент и численный анализ осесимметричных процессов соударения твердых тел и песчаного грунта/А.М. Брагов, В.Л. Котов, А.В. Кочетков, С.В. Крылов//ПППП. Численное моделирование физико-механических процессов: межвуз. сб. -Н. Новгород, 1999. -С. 12-18.
- Экспериментальное изучение динамики проникания твердого тела в грунтовую среду/А.М. Брагов, В.В. Баландин, В.В. Баландин, В.Л. Котов//ЖТФ. -2016. -Т. 86, вып. 6. -С. 62-70.
- Баженов В.Г., Котов В.Л. Идентификация параметров динамической сжимаемости и сопротивления сдвигу грунтовой среды при внедрении ударников//ДАН. -2006. -Т. 408, № 3. -С. 333-336.
- Баженов В.Г., Брагов А.М., Котов В.Л. Экспериментально-теоретическое исследование процессов проникания жестких ударников и идентификация свойств грунтовых сред//ПМТФ. -2009. -Т. 50, № 6. -С. 115-125.
- Кольский Г. Волны напряжения в твердых телах. -М.: ИЛ. 1955. -194 с.
- Дейвис Р.М. Волны напряжений в твердых телах. -М.: ИЛ. 1961. -104 с.
- Hsieh D.Y., Kolsky H. An Experimental Study of Pulse Propagation in Elastic Cylinders//Proceedings of the Physical Society. -1961. -Vol. 71. -No. 4. -P. 608-612 DOI: 10.1088/0370-1328/71/4/308
- Follansbee P.S., Frantz C. Wave propagation in the split Hopkinson pressure bar//Journal of Engineering Materials and Technology. -1983. -Vol. 105. -No. 1. -P. 61-66 DOI: 10.1115/1.3225620
- Gorham D.А. A numerical method for the correction of dispersion in pressure bar signals//Journal of Physics E: Scientific Instruments. -1983. -Vol. 16. -P. 477-479 DOI: 10.1088/0022-3735/16/6/008
- Gong J.C., Malvern L.E., Jenkins D.A. Dispersion Investigation in the Split-Hopkinson Pressure Bar//Journal of Engineering Materials and Technology. -1990. -Vol. 112. -No. 3. -P. 309-314 DOI: 10.1115/1.2903329
- Корнев В.М. Уточнение зависимостей метода составного стержня Кольского -Гопкинсона//ПМТФ. -1992. -№ 3. -С. 127-131.
- Юношев А.С., Сильвестров В.В. Разработка методики полимерного разрезного стержня Гопкинсона//ПМТФ. -2001. -Т. 42, № 3. -С. 212-220.
- Брагов А.М., Константинов А.Ю., Медведкина М.В. Дисперсия волн в разрезных стержнях Гопкинсона при динамических испытаниях хрупких материалов//Вестн. Нижегород. ун-та им. Н.И. Лобачевского. -2011. -№ 6 (1). -С. 158-162.
- Tyas A., Pope D.J. Full correction of first-mode Pochammer-Chree dispersion effects in experimental pressure bar signals//Measurement Science & Technology. -2005. -Vol. 16. -No. 3. -P. 642-652 DOI: 10.1088/0957-0233/16/3/004
- Merle R., Zhao H. On the errors associated with the use of large diameter SHPB, correction for radially non-uniform distribution of stress and particle velocity in SHPB testing//International Journal of Impact Engineering. -2006. -Vol. 32. -No. 12. -P. 1964-1980 DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2005.06.009
- Tyas A., Ozdemir Z. On backward dispersion correction of Hopkinson pressure bar signals//Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. -2014. -Vol. 37. -No. 2. -P. 1-11 DOI: 10.1098/rsta.2013.0291
- Уилкинс М.Л. Расчет упругопластических течений//Вычислительные методы в гидродинамике. -М.: Наука. 1967. -С. 212-265.
- Жмакин А.И., Фурсенко А.А. Об одной монотонной разностной схеме сквозного счета//Журн. вычисл. матем. и матем. физ. -1980. -Т. 20, № 4. -С. 1021-1031.
- Баженов В.Г., Зефиров С.В., Цветкова И.Н. Численное моделирование задач нестационарного контактного взаимодействия деформируемых конструкций//ПППП. Численное моделирование физико-механических процессов: всесоюз. межвуз. сб. -Н. Новгород: Изд-во Нижегород. гос. ун-та. 1995. С. 154-160.
