Спосіб визначення модуля пружності та коефіцієнта в’язкості об’ємних деформацій грунту

Спосіб визначення модуля пружності та коефіцієнта в'язкості об'ємних деформацій грунту, що включає нанесення удару, вивчення коливань та визначення шуканих характеристик грунту, який відрізняється тим, що безпосередньо на поверхню грунту встановлюють тягар фіксованої маси, наносять удар довільного силового імпульсу і за результатами вивчення вертикальних складових коливань тягаря визначають модуль пружності K і коефіцієнт в'язкості грунту: Винахід відноситься до галузі випробування матеріалів, а саме до способів визначення модулів пружності K та коефіцієнта в'язкості μ об'ємних деформацій ґрунту. При побудові математичних моделей процесу взаємодії робочих органів сільськогосподарських машин з ґрунтом необхідне знання достовірних значень механічних характеристик ґрунту - модуля пружності K та коефіцієнта в'язкості μ об'ємних деформацій ґрунту. Ця інформація є ще більш важливою для оптимізації параметрів та режимів роботи робочих органів машин тому, що недостовірні значення механічних характеристик ґрунту, які закладаються у проектувальні розрахунки, можуть призвести до підвищеної енергомісткості їх роботи, прискореному зношенню матеріалу або до руйнування деталей машин. Більшість способів визначення модуля пружності K та коефіцієнта в'язкості μ об'ємних деформацій ґрунту засновані на вивченні поздовжніх коливань зразків ґрунту. Найбільш близький за технічною сутністю до рішення, що заявляється, є спосіб визначення мо дуля пружності K та коефіцієнта в'язкості μ об'ємних деформацій ґрунту, згідно якого з ґрунту вирізують зразок циліндричної форми заданих розмірів, зважують його, встановлюють в прилад, наносять удар по торцю зразка і за результатами вивчення поздовжніх коливань зразка визначають шукані характеристики [Кушнарев А.С., Кочев В.И. Механико-технологические основы обработки почвы.- К.: Урожай, 1989 - с.63-63]. Головним недоліком відомого способу є те, що для визначення шуканих характеристик ґрунту необхідно вирізати зразок з масиву, в даному випадку, циліндричної форми, що може призвести до порушення його структури або навіть повному руйнуванню зразка. Крім того, обмежуються універсальність методу, оскільки передбачається виконання жорстких умов щодо розмірів зразка та його ваги, що для ґрунту в широкому діапазоні його фізичних властивостей, враховуючи циліндричну форму зразка, виконати надзвичайно складно. Слід також звернути увагу на той факт, що при випробуванні зразків обмежених розмірів безумовно мають місце граничні ефекти, які можуть суттєво впливати на результати вимірювань поздов 4m 2 K m 1n[ L 2 a2 ] a1 2 2m1n[ ; L a2 ] a1 , (19) UA (11) 75797 (13) C2 де: m - маса тягаря, кг; a1 , a2 - величина послідовних амплітуд коливань тягаря на осцилограмі; - період коливань, с; L - розмірний коефіцієнт, м. 3 75797 4 жніх коливань зразка. де: L - розмірний коефіцієнт [м]. Задачею винаходу є підвищення достовірності На Фіг. приведена схема випробувань з відповипробувань. відними характеристиками ґрунту. Поставлена винаходом задача досягається Схема випробувань: 1 - тягар, 2 - ґрунт з достим, що у способі визначення модуля пружності та ліджуваними характеристиками. коефіцієнта в'язкості об'ємних деформацій ґрунту, За результатами проведеного експерименту що включає нанесення удару, вивчення коливань можна визначити амплітуди коливань та їх період. та визначення шуканих характеристик ґрунту, згідВідношення послідовних амплітуд пропорційно но винаходу безпосередньо на поверхню ґрунту декременту затухання, при цьому масштабний встановлюють тягар фіксованої маси, наносять коефіцієнт амплітуди є величиною, яка не залеудар довільного силового імпульсу і за результажить від властивостей ґрунту, а залежить лише від тами вивчення вертикальних складових коливань початкових умов. На основі вирішення та аналізу тягаря визначають K і μ ґрунту: рівняння (1), з урахуванням початкових умов, 2 отримуються вирази для модуля пружності K та a2 a2 4m 2 m In[ ] коефіцієнта в'язкості μ об'ємних деформацій ґрун2mIn [ ] a1 a1 , ту, в яких наявні лише характеристики коливань K ; 2 L L жорсткого тягаря, що безумовно більш достовірне де: m - маса тягаря [кг]; при розрахунках. а1, а2 - величина послідовних амплітуд колиОписаний спосіб суттєво підвищує точність вань тягаря на осцилограмі; вимірювання коливань, тому, що у вихідному по- період коливань [с]; ложенні тягар встановлюється на площині, строго L - розмірний коефіцієнт [м]. паралельній поверхні ґрунту і тому фіксуються Слід відзначити, що викладена вище процедуколивання тягаря, строго паралельні поверхні ґрура випробувань суттєво підвищує достовірність нту. Тому вплив граничних ефектів суттєво знивипробувань за рахунок того, що не порушується жується. вихідна структура ґрунту. При нанесенні удару по Таким чином, застосування цього способу дотягарю поверхня ґрунту переміщується вертиказволяє підвищити достовірність та точність вимільно, що відповідає одновісному стисканню. В рювань і тим самим підвищити достовірність вимежах пружно-в'язких деформацій під дією реакції значення характеристик ґрунту - модуля пружності ґрунту тягар буде здійснювати затухаючі коливанK та коефіцієнта в'язкості μ об'ємних деформацій. ня у вертикальній площині. У випадку одновісного Крім того, застосування цього способу суттєво стискання можуть використовуватись найбільші знижує трудомісткість випробувань. головні напруження і деформації та співвідношенСлід також відзначити, що при застосуванні ня між ними. Тоді рівняння коливань матиме виспособу не виникає обмежень щодо властивостей гляд (узагальнена координата - переміщення у ґрунтів, що досліджуються. вертикальному напрямку): -mu"[t]=L(Ku[t]+μu'[t]) (1) Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601