Андрей Смирнов
Время чтения: ~8 мин.
Просмотров: 0

Модуль общей деформации грунта (понятие и особенности)

Измерение деформации

Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Измерение деформаций называется тензометрией; измерения обычно производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.

Упругая и пластическая деформация

Основная статья: Упругая деформация

Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки (то есть тело возвращается к первоначальным размерам и форме), и пластической, если после снятия нагрузки деформация не исчезает (или исчезает не полностью).

Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела (предел упругости).

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

Одноосное

Данный метод определения прочности подходит для полускальных и глинистых грунтов с показателем текучести с 0,25.

Формула для расчета предела прочности при одноосном сжатии, МПа:

Rc = 10 * ( F / Ao),

где F – вертикальная нагрузка до разрушения,

Ao – площадь образца грунта

Деформируемость грунтов – это понятие, исчисляемое множеством параметров. Выбор способа анализа определяется задачами, возлагаемыми на почву. Одноосное сжатие позволяет оперативно определить предел прочности и сопротивления сдвигу для глинистого или полускального грунта.

Пробы проверяют в установке, состоящей из пресса и измерителя вертикальной деформации. Усилие подается равномерно, с заданным увеличением. Удары и рывки недопустимы. Скорость работы пресса зависит от того, для каких расчетов используют характеристики деформируемости грунта. В среднем, процедура занимает не дольше 10 минут. Этого времени обычно достаточно, чтобы образец начал разрушаться.

Различают пять типов структуры грунта:

  • хрупкий (разрушение мгновенное);
  • хрупкопластичный, хрупковязкий (быстрое разрушение);
  • вязкопластичный, пластичный (плавная деформация).

К одноосному сжатию часто прибегают при изучении структурно-фазовой деформируемости грунтов, обладающих высокой прочностью. Пробы скальных или полускальных пород проверяют на сжатие, срез, растяжение и удар. Для такого анализа используют автоматические установки, оснащенные инденторами. Прибор должен обеспечивать серьезную нагрузку в непрерывном режиме. Различают сокращенную и полную программу исследований. В первом случае ограничиваются определением предела прочности. Полная программа дает максимально развернутую оценку.

Определение и формула жесткости пружины

Силу, которая возникает в результате деформации тела и пытающаяся вернуть его в исходное состояние, называют силой упругости.

Чаще всего ее обозначают $>_$. Сила упругости появляется только при деформации тела и исчезает, если пропадает деформация. Если после снятия внешней нагрузки тело восстанавливает свои размеры и форму полностью, то такая деформация называется упругой.

Современник И. Ньютона Р. Гук установил зависимость силы упругости от величины деформации. Гук долго сомневался в справедливости своих выводов. В одной из своих книг он привел зашифрованную формулировку своего закона. Которая означала: «Ut tensio, sic vis» в переводе с латыни: каково растяжение, такова сила.

Рассмотрим пружину, на которую действует растягивающая сила ($overline$), которая направлена вертикально вниз (рис.1).

Силу $overline$ назовем деформирующей силой. От воздействия деформирующей силы длина пружины увеличивается. В результате в пружине появляется сила упругости ($>_u$), уравновешивающая силу $overline$. Если деформация является небольшой и упругой, то удлинение пружины ($Delta l$) прямо пропорционально деформирующей силе:

где в коэффициент пропорциональности называется жесткостью пружины (коэффициентом упругости) $k$.

Жесткость (как свойство) — это характеристика упругих свойств тела, которое деформируют. Жесткость считают возможностью тела оказать противодействие внешней силе, способность сохранять свои геометрические параметры. Чем больше жесткость пружины, тем меньше она изменяет свою длину под воздействием заданной силы. Коэффициент жесткости — это основная характеристика жесткости (как свойства тела).

Коэффициент жесткости пружины зависит от материала, из которого сделана пружина и ее геометрических характеристик. Например, коэффициент жесткости витой цилиндрической пружины, которая намотана из проволоки круглого сечения, подвергаемая упругой деформации вдоль своей оси может быть вычислена как:

где $G$ — модуль сдвига (величина, зависящая от материала); $d$ — диаметр проволоки; $d_p$ — диаметр витка пружины; $n$ — количество витков пружины.

Единицей измерения коэффициента жесткости в Международной системе единиц (Си) является ньютон, деленный на метр:

Коэффициент жесткости равен величине силы, которую следует приложить к пружине для изменения ее длины на единицу расстояния.

Абсолютное удлинение

Таким образом, абсолютное удлинение, полученное материалом под действием сил, прямо пропорционально величине сил, длине материала и обратно пропорционально площади поперечного сечения и модулю продольной упругости.

Как отличаются их абсолютные удлинения.

А / — абсолютное удлинение колонны, мм; а — коэффициент линейного расширения при нагревании на 1 С, для стали принимается равным 12 — 10 — 6; h0 — первоначальная длина незацементированной части колонны, м; ti и / 2 — соответственно первоначальная и конечная температуры, С. Изменение длины колонны труб приводит к ее деформации, если колонна труб защемлена с двух концов и возникающая дополнительная термическая нагрузка превышает допустимую нагрузку на страгирование резьбовых соединений.

Подставив найденные значения абсолютного удлинения в формулу ( 14), находим соответствующие им значения гр.

Будем считать, что абсолютное удлинение и деформации связаны только с напряжениями, возникающими в стержне. В действительности имеются и другие факторы, влияющие на величину деформаций.

Будем считать, что абсолютное удлинение и деформации связаны только с напряжениями, возникающими в стержне. В действительности имеются и другие факторы, влияющие на деформации.

Будем считать, что абсолютное удлинение и деформации связаны только с напряжениями, возникающими в стержне. В действительности имеются и другие факторы, влияющие на величину деформаций.

Методом ее увеличения стало абсолютное удлинение рабочего дня с 8 до 10 часов, то есть абсолютное расширение затрат рабочей силы. Произведенная таким образом прибавочная стоимость называется абсолютной прибавочной стоимостью.

Сумма удлинений долей составляет полное абсолютное удлинение расчетной длины образца.

Схема установки дистанционной шайбы в узле соединения штока с крейцкопфом.

Точность контроля затяжки по абсолютному удлинению достаточно велика и определяется качеством применяемых инструментов и приборов. Одним из вариантов этого метода является контроль затяжки с использованием тензометра ческой аппаратуры. Достоинство его состоит в возможности непосредственного измерения усилия затяжки с высокой степенью точности. Существенным недостатком является высокая трудоемкость и сложность осуществления. Этот способ требует применения вспомогательных деталей, специально подготовленных для выполнения измерений. Подготовка таких деталей, используемых многократно, осуществляется заранее.

Величина А / называется абсолютным удлинением, бруса, а величина М — абсолютным поперечным сужением.

Что называется полным или абсолютным удлинением. Что называется относительным удлинением.

Эта формула читается так: абсолютное удлинение или укорочение прямо пропорционально продольной силе, длине и обратно пропорционально жесткости сечения бруса.

Эта формула читается гак: абсолютное удлинение или укорочение прямо пропорционально продольной силе, длине и обратно пропорционально жесткости сечения бруса.

Основные методы

Определение характеристик деформируемости грунта может проводиться одним из трех основных способов:

  • ступенчатое нагружение по ГОСТ 12248-2010;
  • CRS (неизменная скорость воздействия);
  • оценка стабилизации по показателям релаксации напряжений.

Недостатком первого метода является длительность процесса. Получение данных может потребовать от трех суток. Как правило, оценка затягивается на гораздо более продолжительный срок. Оперативно установить характеристики деформируемости грунтов можно с помощью CRS-тестов, которые уже давно стали стандартными в Норвегии, Швеции, Франции и США. Определить нужные данные в кратчайшие сроки готовы и приборы, замеряющие стабилизацию по релаксации напряжений.

Лабораторные результаты сравнивают с информацией, которую дали полевые методы определения деформируемости грунтов. При наличии существенных расхождений процесс исследования необходимо повторить.

Лабораторные исследования

Прочность и деформируемость грунтов определяют в лабораторных условиях. По результатам исследований устанавливают следующие параметры:

  • прочность структуры;
  • коэффициент сжимаемости грунта;
  • модуль (размер) осадки;
  • модуль деформации грунта.

Для получения показаний образцы испытывают в специальных компрессионных или компрессионно-фильтрационных установках. Конструкция такого прибора должна обеспечивать необходимую нагрузку, постоянство давления на всех ступенях и центрированную передачу на штамп, подачу и отвод воды. Наибольшее распространение получили установки отечественного производства (ГидроПроект, Маслова, КППА и др.).

Определение и формула жесткости пружины

При рассмотрении того, что такое коэффициент жесткости пружины следует уделить внимание понятию упругости. Для ее обозначения применяется символ F

При этом сила упругости пружины характеризуется следующими особенностями:

  1. Проявляется исключительно при деформации тела и исчезает в случае, если деформация пропадает.
  2. При рассмотрении, что такое жесткость пружины следует учитывать, после снятия внешней нагрузки тело может восстанавливать свои размеры и форму, частично или полностью. В подобном случае деформация считается упругой.

Не стоит забывать о том, что жесткость – характеристика, свойственная упругим телам, способным деформироваться. Довольно распространенным вопросом можно назвать то, как обозначается жесткость пружины на чертежах или в технической документации. Чаще всего для этого применяется буква k.

Слишком сильная деформация тела становится причиной появления различных дефектов. Ключевыми особенностями можно назвать следующее:

  1. Деталь может сохранять свои геометрические параметры при длительной эксплуатации.
  2. При увеличении показателя существенно снижается сжатие пружины под воздействие одинаковой силы.
  3. Наиболее важным параметром можно назвать коэффициент жесткости. Он зависит от геометрических показателей изделия, типа применяемого материала при изготовлении.

Довольно большое распространение получили красные пружины и другого типа. Цветовое обозначение применяется в случае производства автомобильных изделий. Для расчета применяется следующая формула: k=Gd4/8D3n. В этой формуле указываются нижеприведенные обозначения:

  1. G – применяется для определения модуля сдвига. Стоит учитывать, что это свойство во многом зависит от применяемого материала при изготовлении витков.
  2. d – диаметральный показатель проволоки. Она производится путем проката. Этот параметр указывается также в технической документации.
  3. D – диаметр создаваемых витков при накручивании проволоки вокруг оси. Он подбирается в зависимости от поставленных задач. Во многом диаметр определяет то, какая нагрузка оказывается для сжатия устройства.
  4. n – число витков. Этот показатель может варьировать в достаточно большом диапазоне, также влияет на основные эксплуатационные характеристики изделия.

Рассматриваемая формула применяется в случае расчета коэффициента жесткости для цилиндрических пружин, которые устанавливаются в самых различных механизмах. Подобная единица измеряется в Ньютонах. Коэффициент жесткости для стандартизированных изделий можно встретить в технической литературе.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации