Механика деформируемого твердого тела
О статье: поступила: 14.02.2019; финансирование: работа выполнена в рамках проекта 9.4934.2017/БЧ «Определение влияния ледовых условий на несущую способность ледяного покрова при использовании его в качестве ледовых переправ» задания на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания вузу.
DOI: https://dx.doi.org/10.24866/2227-6858/2019-3-1
УДК 539.3; 539.4; 001.891.573
К.И. Ипатов, А.С. Васильев, В.Л. Земляк, Е.В. Лесков
ИПАТОВ КОНСТАНТИН ИГОРЕВИЧ – инженер-исследователь, e-mail: Ipatov-1992@list.ru
ВАСИЛЬЕВ АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ – к.т.н., доцент кафедры, ORCID 0000-0001-7783-0000, e-mail: vasil-grunt@mail.ru
ЗЕМЛЯК ВИТАЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ – к.ф.-м.н., проректор по научной работе и инновациям, e-mail: vellkom@list.ru
ЛЕСКОВ ЕВГЕНИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ – магистрант, e-mail: leskov95@bk.ru
Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема
Широкая ул., 70а, Биробиджан, Еврейская автономная область, Россия, 679015
Несущая способность ледяного покрова при поверхностном армировании
Аннотация: Для сокращения транспортных мартшрутов в зимний период при отсутствии мостовых сооружений организуют ледовые переправы. Если толщина ледяного покрова недостаточна для безопасной эксплуатации такой переправы, могут быть использованы стандартные методы повышения несущей способности льда. Практика показывает, что физико-механические свойства ледяного покрова, усиленного стандартными способами, недостаточно надежны и отличаются сильной зависимостью от различных внешних факторов. По этой причине возникает необходимость в разработке альтернативных методов для повышения несущей способности льда, например внедрение в лед армирующих элементов. Цель данной работы – определение влияния различных армирующих материалов на несущую способность ледяного покрова для рассматриваемых схем армирования. Модельные эксперименты проводились нами при усилении льда арматурой А400 на специально собранной установке, моделирующей условия чистого изгиба. Для этого, во-первых, выполнено сопоставление результатов экспериментального и численного исследований максимальных прогибов и несущей способности ледяных образцов, армированных стальной арматурой по предложенной схеме. Во-вторых, выполнены численные исследования прочности льда при армировании различными композиционными материалами. При проведении численных экспериментов образцы усиливались поверхностными армирующими каркасами с различными физико-механическими свойствами. Представлены результаты напряженно-деформированного состояния ледяного покрова, выполненные в программном комплексе ANSYS на основе метода конечных элементов с учетом нелинейно-деформационной модели. Дана качественная
и количественная оценка эффективности использования различных композитных материалов в качестве армирующих элементов. Показано, что применение армирующих материалов позволяет значительно увеличить несущую способность ледяного покрова.
Ключевые слова: поверхностное армирование, композиционный материал, ледяная балка, модельный эксперимент, численные исследования.
Ipatov К., Vasilyev A., Zemlyak V., Leskov E.
KONSTANTIN IPATOV, Engineer Researcher, e-mail: Ipatov-1992@list.ru
ALEXEY VASILYEV, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, ORCID 0000-0001-7783-0000, e-mail: vasil-grunt@mail.ru
VITALIY ZEMLYAK, Candidate of Physics and Mathematics Sciences, Deputy Rector, e-mail: vellkom@list.ru
EVGENIY LESKOV, Master Student, e-mail: leskov95@bk.ru
Sholom-Aleichem Priamursky State University
70-a Shirokaya St., Birobidzhan, Russia, 679015
Carrying capacities of the ice cover with surface reinforcement
Abstract: Practical experience shows, that mechanical properties of the ice cover are unreliable and can depend on various external factors if it is reinforced by traditional methods. For this reason, there is a need to develop alternative methods to increase the bearing capacity of ice, for example, the introduction of reinforcing elements into ice. The aim of the study was to compare the results of experimental and numerical research of the maximum deflections and bearing capacity of reinforced ice samples. Model experiments were carried out with ice reinforced with A400 steel on a specially assembled installation simulating pure bending conditions. When carrying out numerical experiments, the samples were reinforced with surface reinforcing frames with different physical-mechanical properties. The results of the stress-strain state of the ice cover are presented in the ANSYS program complex on the basis of the finite element method taking into account the physically nonlinear deformation model. The paper gives a qualitative and quantitative assessment of the effectiveness of the use of various composite materials, such as reinforcing elements. It is shown that the use of reinforcing materials to strengthen the ice cover significantly increases its bearing capacity.
Keywords: surface reinforcement, composite material, ice beam, model experiment, numerical research.