Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Россия обладает значительными лесными ресурсами и поэтому существует вопрос транспортировки лесоматериалов. Одним из видов транспортировки является водный транспорт леса. Использование водного транспорта леса экономически оправдано. В последние годы наиболее активно происходит развитие водного транспорта по малым и средним рекам, включая и транспортировку на судах. Для лесосплава по этим рекам используются плоты меньших габаритов и менее громоздкие опоры. Для этих условий необходимая держащая сила опор обычно не достигает 300 кН. Все это приводит к изменению структуры водного транспорта леса и при этом необходимости разработки новых конструкций опор. Одним из главных критериев при конструировании опор в современных условиях является снижение материалоемкости и уменьшения габаритов без снижения держащей силы. Анализ существующих методов показал, что требуется совершенствование методов расчета держащей силы. Кроме того, в текущей экономической ситуации желательна возможность использования универсальных новых конструкций, которые можно использовать не только на водном транспорте леса, но и других отраслях промышленности.
Предмет исследования. Лесосплавные анкерные пространственные конструкции опор при их взаимодействии с грунтовым массивом.
Цель исследования.
Целью исследований является разработка новых научных подходов для определения форм призм выпирания грунта, образующегося перед опорой при ее сдвиге, расчета держащей силы и обоснование параметров безопасных и надежных анкерных опор для водного транспорта леса.
Объект и методы исследования.
Объектом исследования являются лесосплавные анкерные опоры при их взаимодействии с грунтовым массивом. Исследования основаны на математическом и физическом моделировании.
Научная новизна диссертационного исследования.
Предложен способ регистрации и алгоритм построения форм призм выпирания грунта, образующихся при вертикальном сдвиге грунтового лесосплавного анкера, основанный на методе Particle Image Velocimetry (PIV).
Разработан метод квазипотенциального математического моделирования криволинейных грунтовых призм выпирания для лесосплавного анкера круглой формы при вертикальной нагрузке.
Разработана интегральная математическая модель расчета держащей силы лесосплавного анкера круглой формы в сыпучих и связных грунтах на основе метода квазипотенциального моделирования.
Предложены новые конструкции грунтовых лесосплавных анкеров.
Задачи исследования:
разработать теоретическую модель, позволяющую рассчитать при вертикальной нагрузке форму поверхностей призмы выпирания грунта перед анкером;
разработать теоретическую модель, позволяющую рассчитать при вертикальной нагрузке держащую силу анкерной опоры при выдергивании анкера;
разработать методику экспериментальных исследований, определить факторы, оказывающие влияние на процесс взаимодействия грунтового массива с анкером и обосновать критерии моделирования;
- проверить достоверность полученных результатов исследований.
Научные положения, выносимые на защиту:
Способ регистрации и алгоритм расчета форм призм выпирания грунта, образующихся при сдвиге лесосплавного анкера, основанный на методе Particle Image Velocimetry (PIV).
Метод квазипотенциального математического моделирования криволинейных грунтовых призм выпирания для лесосплавного анкера круглой формы.
Интегральная математическая модель расчета держащей силы лесосплавного анкера круглой формы в сыпучих и связных грунтах на основе метода квазипотенциального моделирования.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Параметры конструкции лесосплавного анкера.
Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается аргументированностью принятых допущений при теоретических и экспериментальных исследованиях, использованием современных методов фундаментальной и прикладной науки, выполнением необходимого объёма экспериментальных исследований, результаты которых обработаны методами математической статистики с применением современных прикладных программных пакетов.
Практическая значимость работы:
- Обоснованы параметры анкерной опоры при ее взаимодействии с
грунтом.
- Разработана новая конструкция грунтового лесосплавного анкера.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности
Полученные результаты соответствуют п. 15 «Обоснование схем
транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Апробация работы
Основные положения диссертации отражены в докладах на ежегодных научно-технических конференциях САФУ (2011 г., 2012 г.), 15-й международной научно-технической конференции "Новые материалы и
технологии в машиностроении - 2012", 10-й международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2012 г.), XIV-й международной научно-технической интернет-конференции «Лес-2013» (г. Брянск, 2013 г.).
Публикации
По результатам проведенных исследований опубликовано 8 работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК, получено 2 патента на полезную модель.
Структура и объем диссертации
Диссертация объемом 123 страницы состоит из введения, пяти разделов и заключения, списка литературы из 116 наименований и 5 приложений, включают в себя 44 рисунка и 13 таблиц.
