22 March

Геомеханика. Современные методы исследований

Председатель секции Королев Михаил Владимирович
10:00–10:20

Аннотация

На основе новых разработок лаборатории геомеханики ИПРИМ РАН был создан универсальный мобильный ручной изыскательский комплекс для ручной проходки скважин и проведения в ходе бурения экспресс-испытаний по определению механических свойств грунтов. Комплекс изготовлен на базе бура геолога, включает универсальное нагрузочное, измерительное и направляющее устройство (тренога с анкерами и измерительной системой), устройство для приложения и измерения крутящего момента, комплект буровых штанг и сменных насадок.

10:20–10:40

Аннотация

Геомеханические исследования представляют собой достаточно сложную систему технических знаний, состоящую из многих элементов. Система имеет свою структуру и общую задачу: изучение закономерностей поведения грунтов под нагрузкой и определение прочностных и деформационных свойств грунтов для последующего проектирования строительных объектов. Внешней средой данной системы («надсистемой») является область строительства, которая непосредственно не управляет подсистемой, но создает определенные меняющиеся условия и ограничения для её развития и эволюции. В докладе будет рассмотрена эволюция геомеханических исследований как системы.

10:20–10:40

Аннотация

Целенаправленные совершенствования методов геомеханических исследований (управляемая эволюция методов) требуют создания стройной системы их классификации.
В основу любой классификации объектов закладывается признак (или группа признаков) по которому все множество объектов относят к той или иной определенной группе. Признак классификации должен удовлетворять ряду условий: отвечать задачам и целям классификации и быть максимально определенным (явным), чтобы разделить множество на четкие подмножества.

10:20–10:40

Аннотация

Вопросам анализа причин возникновения погрешностей посвящены работы Н. В. Коломенского и И. С. Комарова (1956 г.), С. Г. Робиновича (1978 г.), А. А. Черноярского (1984 г.), А. Н. Гавришина (1980 г.), Ю. Т. Усикова (1983 г.), Е. А. Писарева и В. П. Огонченко (1979 г.), В. В. Дмитриева (1989 г.) и другие.
В наиболее полном и общем виде классификации факторов, вызывающие погрешности любых измерений, сформулированы в теории познания. В процессе измерений М. Э. Омельяновский [1] выделил следующие элементы: объект измерения или измеряемую характеристику; измеряющую величину, т. е. единицу измерения, с которой сравнивается измеряемая величина); наблюдателя (т.е. субъекта, производящего измерения); средства измерения; метод измерения; результат измерения.

10:40–11:00

Аннотация

Приводится описание нового разработанного в лаборатории геомеханики ИПРИМ РАН способа определения механических свойств грунтов методом вращательного среза крыльчатки с криволинейными лопастями. По результатам измерения максимального крутящего момента, приложенного к крыльчатке с криволинейными лопастями по и против часовой стрелки по разработанной методике можно раздельно определить угол внутреннего трения и удельное сцепление рыхлых грунтов. Метод был экспериментально проверен в лабораторных и полевых условиях.

11:00–11:20

Аннотация

Приводится описание нового, нового, разработанного в лаборатории геомеханики ИПРИМ РАН способа определения параметров прочности грунтов путем испытания кернов вращательной нагрузкой (крыльчаткой, внедренной в керн) с радиальной боковой пригрузкой. Испытания керна с двумя различными уровнями радиальной боковой пригрузки позволяют раздельно определить угол внутреннего трения и удельное сцепление. На основе данного способа разработано лабораторное оборудование, способ апробирован в процессе полевых и лабораторных испытаний для оценки устойчивости берегов Угличского водохранилища.

11:20–11:40

Аннотация

Аннотация
Приводится описание нового экспериментального способа определения несущей способности свай в ползуче релаксационном режиме нагружения, позволяющего в ходе одного опыта раздельно определить сопротивление по боковой поверхности и под нижним концом сваи на различных глубинах. Предлагается новая методика определения несущей способности свай, вмороженных в вечномерзлые грунты, при различных значениях отрицательных температур в ходе одного опыта.

11:40–12:00

Аннотация

Обсуждается постановка задачи о расчёте устойчивости блочного скального массива с трещинами ограниченной длины в откосах небольшой высоты, где напряжения не превышают прочности скального грунта в блоках. В таких условиях обрушение может происходить только по трещинам. Предложена модель сети трещин для слоистого массива осадочных горных пород и путь решения задачи об устойчивости откоса в 3D постановке.

12:40–13:00

Аннотация

Результат мониторинга осадок двух зданий на суффозионном основании показывает влияние на осадку утечек из коммуникаций, устройства котлованов на расстоянии 11 и 23 м от зданий, ремонта асфальтного покрытия, укрепления фундамента и основания инъекциями. При локальном ослаблении основания суффозией здания испытывают неравномерные осадки и деформируются приобретая блочное строение. Результат мониторинга осадок двух зданий на суффозионном основании показывает влияние на осадку утечек из коммуникаций, устройства котлованов на расстоянии 11 и 23 м от зданий, ремонта асфальтного покрытия, укрепления фундамента и основания инъекциями. При локальном ослаблении основания суффозией здания испытывают неравномерные осадки и деформируются приобретая блочное строение.

13:00–13:20

Аннотация

Проведено численное моделирование на трёхслойной модели грунтового основания для оценки влияния погрешности проведении геологической границы на точность расчёта осадки одиночного фундамента. Показано, что при фактически допускаемых на инженерно-геологических разрезах погрешностях отклонение расчётного значения осадки от точного значения может превышать 30 и 50% расчётной величины, что требует повышения точности инженерных изысканий.

13:20–13:40

Аннотация

До настоящего времени при расчетах коэффициента фильтрации трещиноватых горных массивов пользовались тензорной теорией проницаемости [1, 3], основным условием которой является бесконечная протяженность трещин и их чёткая группировка в системы. Однако в массивах горных пород эти условия часто не выполняется. В данной статье рассматривается новый расчетный метод определения коэффициента фильтрации, для которого условие бесконечности трещин становится необязательным. Решение задачи течения жидкости по сети с трещинами ограниченной длины методом линейных элементов предложено в [4]. Оно трудоёмко и неудобно для оперативных расчётов при изысканиях.

13:40–14:00

Аннотация

В рамках доклада кратко рассматривается вопрос о возможности применения статического зондирования для анализа качества уплотнения послойно возведенных насыпей.

14:00–14:20

Аннотация

Исследование процессов неупругого деформирования и разрушения горных пород свя-зано с необходимостью развития моделей механики для корректного описания законо-мерностей поведения повреждаемых геосред. Существует потребность в усовершен-ствовании методик прочностного анализа, учитывающих реальные условия нагруже-ния, эволюцию, характер коллективного взаимодействия в системе дефектов. Без по-нимания закономерностей и механизмов, без оценки устойчивости процесса образова-ния дефектов, без определения условий начала локализации макроразрушение останет-ся скрытым и слабо предсказуемым явлением эволюции внутренней структуры материала.

Механика гетерогенных сред, адаптивных материалов, композитов и конструкций

Со-председатели подсекции механики гетерогенных сред, композитов и конструкций академик Васильев Валерий Витальевич и д.т.н. Лурье Сергей Альбертович; председатель секции Механика адаптивных материалов д.т.н. Мовчан Андрей Александрович
10:00–10:20

Аннотация

Экспериментально установлено, что процесс накопления деформации прямого превращения в никелиде титана зависит от вида напряженного состояния

10:20–10:40

Аннотация

Модель мартенситной неупругости сплава с памятью формы построена по аналогии с теорией пластического течения с изотропным и трансляционным упрочнением. Для учета разносопротивляемости использованы два безразмерных параметра вида деформированного и напряженного состояния. Рассмотрены частные случаи мартенситной неупругости СПФ в однородном напряженном состоянии и соответствующие упрощения основных соотношений. Первый случай относится к пропорциональному нагружению образца, второй к осевому растяжению-сжатию и кручению тонкостенного цилиндрического стержня.

10:40–11:00

Аннотация

В рамках данной работы получено решение задачи о прямом термоупругом мартенситном превращении в стержне сплошного круглого поперечного сечения из сплава с памятью формы (СПФ), находящегося под действием постоянного крутящего момента. Рассмотрение задачи велось в однократно связанной термомеханической постановке в рамках модели нелинейного деформирования СПФ при фазовых и структурных превращениях. В данном исследовании учитывается неоднородность упрочнения представительного объема СПФ и понятие единого предела текучести не вводится. Предполагается возможность различных значений предела текучести для различных мартенситных элементов представительного объема СПФ.

11:00–11:20

Аннотация

Экспериментально наблюдаемая потеря устойчивости cжатыми стержнями с эффектом памяти происходит при аномально низких, по сравнению с Эйлеровой оценки по минимальному модулю упругости, критических силах. Равновесное состояние системы в процессе фазовых превращений требует оценки с позиции теории устойчивости процессов деформирования, тогда как бифуркационный критерий, основанный на линеаризованной постановке, требует дополнительных гипотез об изменении фазового состава при кинематическом возмущении. Такие гипотезы, обобщающие концепции фон Кармана и Шенли, сформулированы в работах А. А. Мовчана и Л. Г. Сильченко и приводят к решениям, коррелирующим с экспериментальными данными. Изучение влияния фазовых переходов на устойчивость стержня, оценка точности концепций требуют, однако, решения задачи о закритическом деформировании в геометрически нелинейной трехмерной постановке. Такое решение построено на базе инкрементальной формулировки связной модели термомеханического поведения сплава с эффектом памяти формы и конечно-элементной дискретизации. Определены критические силы для призматических стержней различной длины, показано их соответствие концепции Шенли, получены оценки смещения центра жесткости сечения в процессе фазового перехода. Подтверждена гипотеза о решающем влиянии фазовых переходов на устойчивость систем с эффектом памяти.

11:20–11:40

Аннотация

Как показывают эксперименты и аналитические решения полученные для стойки Шенли, конструкции содержащие элементы из сплавов с памятью формы (СПФ) склонны к потере устойчивости при фазовых переходах, под действием сжимающих напряжений. Решения, полученные для упругой модели, совпадающие с решениями в несвязной постановке, дают завышенные значения критической нагрузки и не в состоянии описывать реальное поведение стержня из СПФ.
В данной работе получены аналитические решения, позволяющие определить критическую длину (нагрузку) для стержня из СПФ при обратном фазовом превращении под действием постоянного напряжения в рамках дважды связной постановки. Рассмотрены концепции фиксированной (ФН) и варьированной (ВН) нагрузки, при различных способах получения начальной деформации.

12:40–13:00

Аннотация

В работе исследовано влияние коэффициента трения двух функциональных материалов на параметры зоны контакта (площадка контакта, контактное давление, контактное касательное напряжение и т. д.) в рамках серии численных экспериментов. Анализируется работа двух материалов: композиционный материал на основе фторопласта и модифицированный фторопласт. В качестве модели поведения материалов выбрана деформационная теория упругопластичности.

13:00–13:20

Аннотация

При сварке трением с перемешиванием (СТП) вращающийся рабочий инструмент с резьбой внедряется встык между свариваемыми материалами и движется под давлением в направлении стыка. Образующийся сварной шов имеет стороны набегания и отхода, на которых направления векторов скоростей движения и вращения рабочего инструмента совпадают, либо противоположны, соответственно.

13:20–13:40

Аннотация

Аннотация. Формулируется необходимость исследования механических аспектов кишечного анастомоза (сшивания полых органов). Приводятся экспериментальные результаты исследования механического поведения естественного композита — материала стенки кишечника человека. На основании этого решается задача о напряженном состоянии узлового хирургического шва и оптимизации его геометрических и физических параметров, включая отёк тканей.

13:40–14:00

Аннотация

Интерес к процессу кристаллизации материалов появился более чем шестьдесят лет назад, в это же время были сделаны первые попытки описать поведение металлов в процессе кристаллизации. Однако до сих пор одной из важных проблем математического моделирования задач кристаллизации материалов является вывод определяющих соотношений и их численная реализация. В работе рассматривается задача о неравномерном управляемом остывании стержня из конструкционного изотропного материала с температуры выше точки плавления. Материал первоначально находится в расплавленном состоянии, повергается фазовому переходу, и в конечном состоянии представляет из себя полностью закристаллизовавшееся тело.

14:00–14:20

Аннотация

В рамках оценки работы материалов протетических конструкций выполнено моделирование деформирования упрощенной конструкции трехслойной каппы при постоянной силе индентирования зуба от 10 до 50 Н, коэффициент трения принят постоянным и равен 0,3. Задача реализуется в рамках механики контактного взаимодействия в частном случае осесимметричного напряженно-деформированного состояния при наличии трения по сопрягаемым поверхностям.

14:20–14:40

Аннотация

Рассматривается плоская система тонких упругих на изгиб нерастяжимых стержней последовательно соединенных с твердым несущим телом и между собой упруговязкими шарнирами, которая под действием внешних и внутренних сил совершает нестационарное движение в своей плоскости с большими перемещениями и поворотами.

14:40–15:00

Аннотация

Изучаются процессы эволюции дефектов типа межзеренных микротрещин, протекающие в материале при обработке металлических образцов импульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем. Исследование осуществляется численно на основе связанной модели воздействия полем на предварительно поврежденный электротермоупругопластический материал с дефектами. Моделирование показало, что под действием импульсов тока происходит сварка берегов трещины и залечивание микродефектов. Для макроскопического описания процессов залечивания вводятся параметры залеченности и поврежденности материала. Залечивание микротрещин приводит к увеличению залеченности материала и уменьшению его поврежденности. Расположение микротрещин друг относительно друга, расстояние между ними, их форма и ориентация практически не влияет на изменения залеченности и поврежденности материала во времени при воздействии на материал током. При одинаковой длине дефекта на эти изменения влияют лишь величины начальной поврежденности материала и начальной «длины» микротрещин. Получены простые приближенные кусочно-линейные зависимости изменения поврежденности и залеченности от времени и начальной поврежденности.

15:40–16:00

Аннотация

Эластомерные композиты — одни из наиболее перспективных конструкционных материалов; изделия из них широко востребованы и применяются в автомобильной, авиационной, космической, нефтеперерабатывающей и др. промышленности. При создании эластомерных композитов, конструкций и изделий из них в последнее время существенное внимание уделяется вопросам экологии, а также повышению экономической эффективности и энергоэффективности при их производстве. В связи с этим, разработка новых типов упрочняющих дисперсных наполнителей для композиционных материалов, в том числе и природного происхождения, обеспечивающих оптимальный баланс механических свойств композитам и имеющих преимущества по стоимости перед существующими, является актуальной задачей.

16:00–16:20

Аннотация

Терморасширенный графит (ТРГ) — уникальный материал, который вне за-висимости от условий эксплуатации (повышенные температуры, термоциклиро-вание, время контакта с агрессивными средами) обладает высокой термо-химической стойкостью, низким коэффициентом трения, высокими упругими свойствами [1]. Уплотнительные кольца (УК) и уплотнительные элементы (УЭ) из ТРГ не вызывают коррозию металла на внутренних контактных поверхностях, надежны, не требуют дополнительной герметизации при эксплуатации в средах высокоагрессивных и реакционноспособных жидкостей (растворы кислот, щело-чей, солей, нефти и нефтепродуктах, дегазированной морской воде и др.) и газов (кислород, водород, азот и др.), работают при температурах до 560 °C и давлениях до 40,0 МПа в кранах с уплотнениями по штоку. В настоящее время происходит интенсивное внедрение УК и УЭ на предприятиях и промышленных объектах аэрокосмического, металлургического, нефтегазового и химического комплексов, предприятий энергетики и ЖКХ. Традиционные способы отработки (на натурных конструкциях и опытных образцах) УЭ неоправданны вследствие высокого риска возникновения аварий, сопровождающихся серьезным экологическим и экономическим ущербом. Поэтому математическое моделирование позволяет прогнозировать теплофизико-механические свойства ТРГ, описывать механическое поведение, проводить оптимальное проектирование УК, УЭ и их пакетов, соответствующие условиям нагружения и безопасной эксплуатации.

16:20–16:40

Аннотация

Рассмотрение стержней и пластин в рамках инженерной теории, наиболее удобной для практических расчётов, подразумевает сведение трёхмерной задачи теории упругости к двумерной. Существует большое количество методов осуществления процедуры сведения: разложение в степенные ряды по поперечной координате, разложение решения трёхмерной задачи в ряды по степеням малого параметра, операторным методом сведения к интегродифференциальному уравнению и т. п. В данной работе применяется метод кинематических гипотез, вводимых с целью установления связи перемещений точек серединной плоскости с перемещениями точек пластины.

16:40–17:00

Аннотация

Маятниковый гаситель пляски получил широкое распространение для снижения амплитуд колебаний одиночных проводов воздушных ЛЭП 35−220 кВ. Принцип его действия заключается в следующем: маятник при возникновении пляски начинает вращаться вокруг оси провода, вовлекая в это движение и сам провод. В результате провод покрывается гололедом более равномерно, что снижает амплитуды пляски. Для расщепленных фаз этот принцип неприменим: закрученное положение расщепленной фазы считается аварийным режимом, которого следует избегать. При определенных условиях расщепленная фаза может не возвращаться в исходное рабочее положение.
В работе предлагается и анализируется конструкция маятникового гасителя нового типа, предназначенного для защиты от колебаний проводов расщеплённых фаз. Обсуждаются результаты экспериментальных исследований.

Вычислительные методы механики гетерогенных сред

Председатель секции д.т.н. Власов Александр Николаевич
15:00–15:20

Аннотация

Аннотация

В работе развивается параметрический метод асимптотического усреднения для уравнений термовязкоупругости с быстро осциллирующими коэффициентами. В отличие от традиционного подхода, при асимптотическом анализе уравнений вводится дополнительный параметр, а именно в данной работе, параметр соответствующий зависимостям характеристик материала от температуры, и функции быстрых переменных рассматриваются в параметрическом пространстве. Соответствующим образом формулируется и процедура усреднения так, чтобы нелинейные зависимости, имеющие плавно изменяющийся характер по отношению к быстрым переменным, разрешались при асимптотическом анализе параметрически. Для реализации этой схемы применительно к интегро-дифференциальным уравнениям термовязкоупругости применяется комплексная аналогия и развивается двухуровневая схема решения вспомогательных задач, основанная на аналитико-численном и конечно-элементном подходах по определению вспомогательных функций на микро- и макроуровне, участвующих в алгоритме асимптотического представления решения.

15:20–15:40

Аннотация

В настоящей работе развиваются специальные аналитические методы решения задачи на ячейке в методе асимптотического усреднения Бахвалова, основанные на блочных разбиениях исходной области на более простые односвязные и двухсвязные подобласти. Эти методы обобщают и существенно расширяют область применимости хорошо известного метода наименьших квадратов, который, к сожалению, является эффективным для областей простой геометрии и напрямую неприменим в задаче на ячейке, и метода Треффтца, осуществляющего аппроксимацию решения на системах функций, аналитически точно удовлетворяющих исходному уравнению. В развиваемом блочном методе вопрос аналитического удовлетворения аппроксимирующей системой функций исходному уравнению (и некоторым граничным условиям) является принципиальным моментом, обуславливающим качество метода. В работе применяется специальный математический аппарат для построения необходимых фундаментальных систем функций, точно удовлетворяющих исходному уравнению в каждом блоке. Точный аналитический учет контактных условий на межфазных границах, обеспечиваемый специальной конструкцией аппроксимирующих функций для включений сферической, сфероидальной и цилиндрической формы, позволяет воспроизвести физические микрополя в ячейке с высокой степенью точностью и смоделировать масштабные эффекты, связанные с развитием межфазного слоя около включений.

15:40–16:00

Аннотация

Применение метода осреднения для определения и вычисления эффективных модулей упругости хорошо известно. В данной работе предлагается развитие этого метода для вычисления еще двух эффективных характеристик — тензора передачи порового давления на скелет породы и тензора относительного расширения пористой среды при замерзании жидкости в порах. Оба этих свойства довольно сложно определять экспериментально, а применение методики осреднения дает общий способ их вычисления. Метод продемонстрирован на реальных грунтах с использованием конечно-элементной реализации. Исследована зависимость этих свойств от пористости, формы пор, упругих свойств материала скелета породы.

16:00–16:20

Аннотация

В работе рассматриваются вопросы формирования математического моделирования теплообмена при замораживании скважины в скальном массиве при проходке шахтных стволов. Созданы численные модели стационарной и нестационарной теплопроводности горного массива при образовании ледопородного колодца. Моделирование динамики температурного поля вокруг шахтного ствола было сделано в пакете приложения «ANSYS». Было определено приблизительное время формирования мерзлых пород массива желаемой толщины, которое необходимо для проходки шахтного ствола.

16:20–16:40

Аннотация

Рассматривается однородный упругий прямолинейный стрежень конечной длины вдоль оси Ох. На правом конце в начале координат стержень жестко закреплен, а на левом конце задана внешняя осевая сила, зависящая от времени. Требуется решить прямую задачу о нестационарных колебаниях стержня и обратную коэффициентную задачу по идентификации дефектов в стержне.

16:40–17:00

Аннотация

Исследовано влияние материала адгезива (упруго-пластичного, вязкоупругого) на напряженно-деформированное состояние алюминиевой конструкции при воздействии синусоидальных термоциклических нагрузок. Получена зависимость максимального эквивалентного напряжения в слое адгезива от времени воздействия указанных нагрузок.