Вступ. Результати спостережень за процесами руйнування конструкцій доріг в кліматичних умовах України свідчать про те, що, як правило, найбільш інтенсивно вони відбуваються в результаті добових і сезонних змін температури навколишнього середовища, причому на початковому етапі руйнувань найбільш помітними виявляється виникнення на дорогах поперечних тріщин і розшарування конструкції в зоні її вільної поверхні. У даній роботі аналізується можливість ініціювання таких руйнувань під дією змінних за часом температурних збурень з урахуванням викликаних ними змін характеристик жорсткостних властивостей дорожніх матеріалів.
Проблематика. В останні роки в усьому світі на автомобільних дорогах спостерігається тенденція збільшення інтенсивності руху транспортних засобів і зростання частки великовантажних автомобілів і багатовісних автопоїздів з підвищеним тиском в пневматиках. Значний вплив на напружено-деформований стан конструкцій доріг здійснюють кліматичні та теплові впливи, викликані добовими і сезонними змінами температури дорожніх покриттів. Головною особливістю задач аналізу термонапруженого стану дорожньої конструкції є їх багатопараметричність. Перш за все конструкції дорожніх покриттів істотно неоднорідні. У механіці суцільних середовищ розрізнюють шарувато-неоднорідні системи, які складаються з декількох пружних шарів з різними термомеханічними характеристиками, і градієнтно неоднорідні середовища, властивості яких змінюються неперервно по просторовим змінним. Оскільки дорожнє покриття можна віднести до шарувато-неоднорідних систем, при математичному моделюванні термомеханічних процесів, що в них протікають, доводиться мати справу з притаманною їм специфікою розподілу полів температури, деформацій і напружень. Справа в тому, що функції деформацій і напружень (а іноді і переміщень), які в них виникають, виявляються розривними і їх важко описувати простими аналітичними і чисельними засобами. З цією особливістю пов'язані і значні ускладнення механічних явищ, що в них виникають.
Мета досліджень. Математичне моделювання явищ термопружного напруження в конструкціях дорожніх одягів.
Методи і результати досліджень. Запропоновано математичні моделі явищ термонапруженого деформування шарувато-неоднорідних дорожніх покриттів з плоскими та викривленими поверхнями в умовах добових та сезонних змін зовнішньої температури та дії транспортних навантажень. Методами скінченно-елементного моделювання показано, що поля температури в конструкції покриття, спричинені еволюцією зовнішнього теплового збурення, мають вигляд високоградієнтних крайових ефектів, утворених в прикрайовій зоні системи, тому зумовлені ними функції напружень є розривними і включають концентратори в різних зонах масиву. Виявлено ділянки максимальних деформацій розтягу та зсуву, що сприяють розшаруванню конструкції. Розглянуто випадки навантажень при різних значеннях геометричних, конструктивних та температурних параметрів. Встановлено деякі несподівані ефекти в механізмах руйнування системи.
Висновки. Поставлена задача про чисельне дослідження термопружного деформування шаруватих дорожніх одягів з урахуванням зміни характеристик жорсткості їх матеріалів при добових і сезонних змінах температури навколишнього середовища. Сформульовані розв’язні рівняння, побудовані їх скінченно-елементні аналоги. Встановлено, що при обраних значеннях геометричних і термомеханічних параметрів дорожньої конструкції задача нестаціонарної теплопровідності при добових змінах навколишньої температури є сингулярно збуреною, поля температури, що еволюціонують у часі, мають вигляд крайового ефекту, переважно зосередженого в зоні першого або першого і другого асфальтобетонних шарів і володіють високими градієнтами. Показано, що високоградієнтна неоднорідність еволюціонуючих полів температури і шарувата неоднорідність механічних характеристик покриття доріг, які супроводжуються також зміною модуля пружності асфальтобетонних матеріалів при зміні температури, обумовлюють істотну неоднорідність полів напружень, пов'язану з розривами функцій напружень і їх концентрацією в крайовій зоні у вільній поверхні. Встановлено, що пікові значення поздовжніх напружень розтягу у верхньому шарі покриття і зсувних напружень, локалізованих між першим і другим шарами, можуть бути причиною спостережуваних на практиці в зимовий час утворення на дорозі на початковій стадії руйнування поперечних тріщин і її розшарування.
Механічні ефекти і парадокси явищ термопружного напруження в конструкціях дорожніх одягів
Автори
Анотація
Посилання
1. Гуляєв В.І., Гайдайчук В.В., Мозговий В.В., Заєць Ю.О., Шевчук Л.В. Дослідження термонапруженого стану конструкцій дорожнього одягу. Промислове будівництво та інженерні споруди. Київ, 2017. N 1. С. 6-12.
2. Заєць Ю.О. Екранування розривних хвиль шаром пружного середовища. Вісник Національного транспортного університету. Київ, 2010. Вип. 21. С. 366-371.
3. Гуляев В.И., Кошель П.З., Заец Ю.А. и др. Механика горных выработок при действии гравитационных и динамических нагрузок: монография. Ивано-Франковск, 2014. 438 с.
4. Новацкий В. Теория упругости. Москва, 1975. 872 с.
5. Litton R.L., Tsai F.L., Lee S.I., Luo R., Hu S., Zhou F. Models for Predicting Reflection Cracking of Hot-Mix Asphalt Overlays: Research Report 669. Texas, 2010. P. 61.
6. Коваленко А.Д. Основы термоупругости. Киев, 1970. 239 с.
7. Новацкий В. Динамические задачи термоупругости. Москва, 1970. 256 с.
8. Рабинович И.М. К теории статически неопределимых ферм. Москва, 1933 120 с.
9. Чанг Н., Хауэс Ф. Нелинейные сингулярно возмущенные краевые задачи. Москва, 1988. 247 с.
10. Шишкин Г.И. Аппроксимация решений сингулярно возмущенных краевых задач с параболическим пограничным слоем. Журнал вычислительной математики и математической физики. Москва, 1989. Том 29:7. С. 963-977.
11. Shishkin G.I. Method of splitting for singularly perturbed parabolic equations. Ast - West Journal Of Mathematics. 1993. Volume 1. N 2. Р. 147-163. URL: http://eastwestmath.org
12. Перельмутер А.В. О влиянии изменения жестокостей на перераспределение усилий в статически неопределимой системе. Строительная механика и расчет сооружений. Москва, 1974. N 5. С. 64-67.
Архiв збірника
- 2023
- 2022
- 2021
- 2020
- 2019
- 2018
- 2017
- 2016
- 2015
- 2014
- 2011
- 2010
- 2009
- 2008
- 2022 Тези доповідей
- 2023 Тези доповідей
Головні новини
Важливі інформаційні ресурси
-
Верховна рада України
-
Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України
-
Міністерство освіти і науки України
-
Державне агентство автомобільних доріг України
-
FEHRL
-
Міждержавна гільдія інженерів консультантів
-
Державне підприємство "Український науково дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості"
-
Науково-виробнича фірма «Інпроект»
-
Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського
-
Науково-виробничий журнал «Автошляховик України»