Влияние циклического воздействия механических и температурных напряжений на несущую способность дорожного полотна

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

значительно сокращает расход электроэнергии и топлива. Внутри емкости, над жаровой трубой, установлены змеевики для нагрева масла, которым обогреваются битумные и топливные коммуникации. При этом необходимо приобрести насосную станцию теплоносителя ДС-158 20 000.
Поэтапная модернизация устаревшей асфальтосмесительной установки обеспечит постепенное получение новой, которая сможет эффективно отработать 10−15 лет.
ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ДОРОЖНОГО
ПОЛОТНА
В работе предлагается расчетный подход оценки влияния циклического воздействия механических и температурных напряжений на несущую способность дорожного полотна. Одним из методов расчета напряженно-деформированного состояния дорожных одежд является применение теории упругости слоистых систем.
Крупнозернистые асфальтовые бетоны используют для устройства нижнего слоя дорожного покрытия, мелкозернистые — для верхнего слоя покрытия с интенсивным движением. На границе сред асфальт — щебень образуется неоднородная составная среда, в которой асфальт является связующим веществом, а щебень представляет собой упрочняющую фазу, называемою наполнителем.
Будем рассматривать этот смешанный слой как двухкомпонентную композитную среду с изотропными компонентами, причем включения примем за достаточно мелкие. Такая среда оказывается неоднородной в микрообъеме, но однородной в макрообъеме. Установлено, что высокое качество дорожного покрытия обеспечивается более мелкой фракцией щебня. Пусть используется мелкая фракция 5−10 мм. Будем считать также известным процентное содержание включений в рассматриваемом слое. Предполагая распределение включений в среде равномерным и случайным, поставим для данной среды статистическую задачу механики композитов и решим ее методом реализаций.
Для расчета температурных напряжений в описанной выше среде рассматривается система уравнений статистической задачи термоупругости:
расширения- / - детерминированная разность температуры напряженного состояния и эксплуатации.
Расчет температурных напряжений проводили на модельном поле структуры со сферическими включениями. Решение было найдено путем компьютерного моделирования фрагмента описанной выше структуры для конкретной реализации.
Компоненты тензора напряжений в элементах структуры вычислены по соотношению:
где с)]ар — модули упругости компонентов- с^^ - температурные напряжения в данной
точке среды, где 1ару8К-гз — тензор деформации, определяемый из решения краевой задачи теории
упругости- 5 — индекс среды, в которой вычисляются температурные напряжения, принимающий значения 1 и 2 (соответственно для включения и связующего). Верхним индексом коэффициента линейного расширения а°ар, обозначенного нулем, указываются макроскопические коэффициенты линейного расширения, представляющие собой некоторые постоянные усредненные величины,
Лаврушина Е. Г., Бойко А. А.
где сг (л'-), ?'-(х), ®(х) — случайные тензоры напряжения, деформаций и модуля упругости- (1е[ - оператор деформаций- %{х) — случайный вектор перемещений- а{х) — коэффициент линейного
зависящие от процентного содержания компонентов в смеси. По повторяющимся индексам, а, (3,у, 5 проводится суммирование- индексы /'-, _/ принимают значение 1, 2, 3.
Расчет средних значений компонент тензора напряжений для среды, состоящей из асфальта и щебня с упругими характеристиками: Е^ = 2500 МПа и Е= 650 МПа — нормальный модуль упругости- С (|)=1250 МПа и С{2) = 300 МПа — модуль сдвига- п{1) = 0,23 и п (2) = 0,3 —
коэффициент Пуассона. Процентное соотношение щебня равно 90, температура Г =20°С. Индексом 1 обозначены величины, относящиеся к включениям (щебень), индекс 2 относится к связующему (асфальт). Средние значения температурных напряжений в компонентах смешанного слоя по направлениям (1,2, 3):
р" = рМ = 0,55 МПа- Р^ = 1,03 МПа-
Р{(2) = 0,66 МПа- Р® = 0,41 МПа- = 0,026 МПа.
Примем, что колесная нагрузка на дорожное полотно рассчитывается через контактное давление q и диаметр ?) контактной зоны. В основании первого слоя возникает трещина, увеличивающаяся по направлению снизу вверх, и в определенный момент ее полудлина становится равной I.
Рассмотрим случай, когда внешняя нагрузка оказывается над устьем трещины. В данном случае трещина распространяется в результате изгиба. Требуется определить, насколько быстро трещина будет продвигаться через слой основания.
Для того чтобы выполнить такой анализ, необходимо воспользоваться теорией механики разрушения. В данном случае используется кинетическое уравнение Пэриса:
где АК1 = КШлх ~ К 1тт — размах коэффициента интенсивности напряжения при изгибе- С и т — постоянные, определяемые по экспериментальным кривым роста трещины.
При известном критическом значении коэффициента интенсивности напряжения КХс
(постоянная с размерностью сила х длина для описания процесса роста трещин более удобна следующая форма уравнения:
Л
= В
dN
Гд/О m
1 = в
Ыи у

Ки
где В- постоянная материала имеет размерность длины и г = Ktmm /АТ|тах — коэффициент асимметрии цикла. По экспериментальным данным, показатель степени для асфальтобетона оказался близким 3.
При стационарном режиме циклического нагружения & lt-тгпах = const, г — const. Уравнение преобразуется в выражение вида:
dl = В (-г)т /2 dN К™
где сгтах = & amp-(Т) + сг (р) — - температурное и сг (р) — силовое напряжения.
Разделяя переменные и интегрируя для случая m & gt- 3, записываем:
1
^m/2-l _
с B{-rf (m
-1
2
ту m -л тах
ки yz J
No-:
Постоянную интегрирования С находим из условия, что при N Ф 0 полудлина / равна некоторой малой начальной величине /0:
С — /-(& lt-«/2−1)
^ - 1д
При предельном числе циклов /V, полудлина трещины / равна критической величина /, которая определяется согласно выражению:
Кр = -(Ки1& lt-Уты)2-п
С учетом полученного находим через число циклов нагружения время выхода трещины на поверхность покрытия первого слоя:
| / /и/2−1 _ 7 т/2−1 ту-т
дг _ _& quot-«Р 10 / '-'-_
Ыл Лт т 1 |/т/2−1/т/2−1 т ^ 2~) & quot-
Представленный метод расчета позволяет оценить эффективность как простых, так и армированных геотекстилем дорожных полотен.
Марчук М. С., Мутылина И. Н.
БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНТОВ
(ОБЗОР)
К стентам предъявляются достаточно высокие требования: высокая гибкость (для легкого продвижения по кровеносной системе к месту установки), высокая пластичность (для обеспечения возможности увеличения диаметра стента до необходимого размера в месте установки), высокие прочность и жесткость (для обеспечения радиальной устойчивости в процессе эксплуатации), высокая рентгеноконтрастность (для хорошей видимости в антиографе и ретгеновском томографе), биосовместимость с организмом (для предотвращения возможных реакций отторжения стента). Основными используемыми материалами для производства металлических стентов являются нержавеющая сталь (316Ь 88, ОЗХ17Н14МЗ), платиноиридиевые сплавы, тантал, нитинол, кобальтохромовые сплавы, титан и его сплавы, чистое железо и магниевые сплавы.
Нержавеющая сталь 316Ь 88 или ОЗХ17Н14МЗ является наиболее используемым материалом для производства стентов с покрытием и без покрытия. Стенты из нержавеющей стали имеют подходящие механические свойства (Таблица) и отличную коррозионную стойкость.
Таблица
Механические свойства металлических материалов, используемых для производства стентов [ 1 ]
Материал Е, МПа ст0. 2, МПа ств, МПа р, г/см3
316Ь 88 190 331 586 7,9
Тантал (отожженный) 185 138 207 16,6
Титан (холоднокатаный 30%) 110 485 760 4,5
Нитинол
аустенитная структура 83 195−690 895 6,7
мартенситная структура 28−41 70−140
Кобальтохромовый сплав Ь605 210 448−648 951−1220 9,2
Чистое железо (Ре) 211,4 120−150 180−210 7,87
Магниевый сплав VE43 44 162 250 1,84
Однако клиническое применение нержавеющей стали ограничено ферромагнитной природой сплава и низкой плотностью. Эти свойства делают нержавеющую сталь плохо видимой в рентгеновском излучении и магнитно-резонансной томографии (МРТ) [1]. Имплантаты из нержавеющей стали могут вызывать аллергию на никель. В частности, присутствие ионов никеля, хрома и молибдена вызывают местные иммунные реакции и воспаление. Для покрытия стентов из

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой