Тюремнов Иван Сергеевич – канд. техн. наук, доц., заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины»
150023, г. Ярославль, Московский пр., 88
Ivan S. Tyuremnov. Cand. of Sci., Associate Professor, Head of the Construction and Road Machines Department
88, Moskovsky Prospekt, Yaroslavl, 150023
Шорохов Дмитрий Александрович – аспиранткафедры «Строительные и дорожные машины»
150023, г. Ярославль, Московский пр., 88
Dmitrii A. Shorohov. Graduate Student of the Construction and Road Machines Department
88, Moskovsky Prospekt, Yaroslavl, 150023
Введение. Вибрационные катки являются наиболее распространенным средством уплотнения грунтов в строительстве. Характер развития напряжений на поверхности контакта вальца с грунтом зависит от технических характеристик вибрационного катка (массы вальца, массы рамы вальца, частоты и вынуждающей силы колебаний, количества и характеристик амортизаторов вальца) и свойств грунта.
Материалы и методы. Моделирование взаимодействия вибрационного катка с уплотняемым грунтом осуществлялось с использованием трехмассной реологической модели системы «рама – валец – грунт». Дифференциальные уравнения движения масс в режимах контакта и отрыва от грунта решались численно. Для определения численных значений времени нагружения (увеличения контактных напряжений от нуля до максимального значения) и времени разгрузки (уменьшения контактных напряжений от максимального значения до нуля), а также максимальной силы реакции грунта на реологической модели был проведен вычислительный эксперимент. В качестве независимых параметров вибрационного катка использовалась масса вибровальцового модуля (масса, приходящаяся на переднюю ось) и относительная вынуждающая сила. В качестве независимых параметров грунта были выбраны коэффициенты упругого и вязкого сопротивления грунта. Общее количество сочетаний факторов равнялось 192. Значения времени нагружения и разгрузки грунта, а также максимальной силы реакции грунта определялись по осциллограммам изменения силы реакции грунта во времени.
Результаты. С использованием программы STATISTICA получены уравнения регрессии для расчета численных значений времени нагружения и разгрузки грунта, а также максимальной силы реакции грунта и соответствующие значения коэффициентов достоверности множественной аппроксимации.
Обсуждение и заключение. Реологическая модель воспроизводит асимметричный характер изменения контактных напряжений при уплотнении грунта вибрационным катком, наблюдающимся в экспериментальных осциллограммах напряжений, полученных при полевых экспериментальных исследованиях. Полученные результаты имеют большое значение для расчета глубины распространения напряжений в грунте и распределения напряжений в грунте после прохода вибрационного катка с использованием волнового подхода к описанию распространения напряжений в грунте. В дальнейшем целесообразно проведение вычислительного эксперимента с расширенным перечнем независимых параметров катка, включающих частоту колебаний.
Introduction. Vibrating rollers are the most common means of compacting soils in construction. The nature of stress development on the contact surface of the roller with the ground depends on the technical characteristics of the vibrating roller (the mass of the roller, the mass of the roller frame, the frequency and driving force of vibrations, the number and characteristics of the roller shock absorbers) and the properties of the soil.
Materials and methods. Simulation of the interaction of a vibrating roller with compacted soil was carried out using a three-mass rheological model of the frame-roller-soil system. Differential equations of mass motion in contact and separation modes were solved numerically. To determine the numerical values of the loading time (increase in contact stresses from zero to the maximum value) and the unloading time (decrease in contact stresses from the maximum value to zero), as well as the maximum reaction force of the soil, a computational experiment was conducted on a rheological model. The mass of the vibrating roller module (the mass of the front axle) and the relative driving force were used as independent parameters of the vibrating roller. The coefficients of elastic and viscous resistance of the soil were chosen as independent parameters of the soil. The total number of combinations of factors was 192. The values of the time of loading and unloading of the soil, as well as the maximum strength of the soil reaction, were determined by oscillograms of changes in the strength of the soil reaction over time.
Results. Using the STATISTICA program, regression equations, to calculate the numerical values of the loading and unloading time of the soil, as well as the maximum reaction force of the soil and the corresponding values of the reliability coefficients of the multiple approximation, were obtained.
Discussion and conclusion. The rheological model reproduces the asymmetric nature of changes in contact stresses during soil compaction by a vibrating roller, observed in experimental stress oscillograms obtained during field experimental studies. The results obtained are important for calculating the depth of stress propagation in the ground and the distribution of stresses in the ground after the passage of a vibrating roller using a wave approach to describing stress propagation in the ground. In the future, it is advisable to conduct a computational experiment with an expanded list of independent parameters of the roller, including the oscillation frequency.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.