Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние исследований по рассматриваемой тематике. постановка диссертационной работы 11
1.1 Основные этапы развития теории автомобиля. Учет неравномерности движения 12
1.2 Обзор исследований по динамике систем, содержащих полости с жидкостью 15
1.3 Развитие теории динамического расчета транспортных сооружений на подвижную нагрузку 23
1.4 Выводы по главе 37
2 Оценка особенностей динамического воздействия подвижной нагрузки при переходных режимах движения . 38
2.1 Современные модели транспортных средств 38
2.2 Учет неровностей проезжей части и прогибов пролетных строений 44
2.3 Описание переходных режимов 46
2.4 Плоская динамическая модель автомобиля для изучения переходных режимов движения 48
2.5 Расчет колебаний автомобиля при движении с постоянным ускорением по абсолютно гладкому профилю 52
2.6 Расчет колебаний автомобиля при движении с постоянным ускорением по заданному профилю проезжей части 62
2.7 Выводы по главе 73
3 Моделирование колебаний транспортных средств с жидкими грузами для оценки их динамического воздействия на балочные системы 76
3.1 Механическая модель жидкости 76
3.2 Плоская динамическая модель автоцистерны с учетом продольных колебаний жидкости 86
3.3 Анализ численных исследований колебаний автоцистерны при движении с постоянным ускорением 93
3.4 Об использовании уравнений сплошных сред для учета подвижности жидкости в кузове цистерны 104
3.5 Выводы по главе 117
4 Совместные колебания балочных систем и специализированнх автотранспортных средств при переходных режимах движения 119
4.1 Динамическая модель балочного пролетного строения автодорожного моста. Описание совместных колебаний балочных систем и движущихся транспортных средств в детерминированной постановке 120
4.2 Расчет совместных колебаний балочных систем и транспортных средств при переходных режимах движения с использованием MATLAB Simulink 127
4.3 Расчет совместных колебаний балочных систем и автоцистерн при переходных режимах движения с учетом подвижности жидкого груза с использованием MATLAB Simulink 136
4.4 Выводы по главе 143
5 Натурные измерения колебаний пролетных строений при движении по ним транспортных средств в условиях переходных режимов 145
5.1 Общее описание эксперимента. Методика, измерительные средства и программное обеспечение для обработки результатов. 145
5.2 Численные результаты исследований колебаний упруго опертого пролетного строения в условиях переходных режимов движения 148
5.3 Численные результаты исследований колебаний пролетного строения на жестких опорах при торможении автоцистерны с эксплуатационным недоливом 154
5.4 Выводы по главе 162
Заключение. Основные выводы по работе 163
Список литературы
- Обзор исследований по динамике систем, содержащих полости с жидкостью
- Описание переходных режимов
- Плоская динамическая модель автоцистерны с учетом продольных колебаний жидкости
- Расчет совместных колебаний балочных систем и транспортных средств при переходных режимах движения с использованием MATLAB Simulink
Введение к работе
Актуальность темы. Рост экономики и бурное развитие рыночных отношений в нашей стране за последние 20 лет, а также подготовка к проведению крупнейших мировых спортивных соревнований существенно увеличили объем грузоперевозок автомобильным транспортом. Изменились при этом и условия эксплуатации транспортных сооружений. Исследования ряда авторов показывают, что режим движения с переменной скоростью, включая режимы разгона и торможения, на сегодняшний день составляет до 75 % всего ездового цикла, что делает неравномерное движение наиболее приближенным к реальным условиям эксплуатации. В сложившейся ситуации стали проявляться новые качественные и количественные особенности поведения балочных систем под воздействием подвижной нагрузки. При этом существенно увеличились объемы перевозок по автомобильным дорогам нашей страны нефтепродуктов, сжиженных газов, плодоовощных соков, молока и других жидких грузов. Динамика неравномерного движения особенно важна для автомобилей, транспортирующих в кузовных цистернах жидкие грузы со значительным недоливом, что часто встречается в практике эксплуатации. В таких случаях за счёт физических свойств перевозимых жидкостей (гидравлический удар, большая вязкость и др.) существенно возрастают дополнительные динамические воздействия на несущие конструкции от неравномерности движения.
С другой стороны, развитие и совершенствование методик расчета транспортных сооружений привело к снижению их материалоемкости и более полному использованию резервов прочности и долговечности. В условиях возрастания динамического воздействия подвижной нагрузки и одновременного снижения веса самих пролетных строений динамические явления становятся определяющими и поэтому требуют более глубокого изучения, а анализ колебательных процессов транспортных сооружений при таких условиях эксплуатации приобретает важное практическое значение.
Исследования динамического воздействия движущегося автотранспорта на упругие несущие системы транспортных сооружений в классических работах выполнялись в предположении, что скорость подвижной нагрузки постоянна. И до последнего времени в литературе по динамике сооружений вопросу влияния переходных режимов движения было уделено недостаточно внимания.
Настоящее исследование посвящено изучению режимов движения подвижной нагрузки, которые максимально приближены к реальным условиям эксплуатации и наиболее опасны с точки зрения возникновения повышенного динамического воздействия на транспортные сооружения, а также оценке особенностей влияния динамических свойств транспортных средств с жидкими грузами на НДС несущих конструкций.
Целью диссертационной работы является создание методик динамического расчета совместных колебаний балочных систем и подвижной нагрузки при переходных режимах движения для определения нагрузок на пролетные
строения и разработка плоских динамических моделей специализированных видов подвижной нагрузки. Для достижения этой цели решаются следующие основные задачи:
создание вычислительных алгоритмов и программ для динамического расчета балочных систем на проезд транспортных средств при переходных режимах движения;
создание методик определения динамического давления на недеформиру-емую проезжую часть моделирующих автомобили механических систем при переходных режимах движения;
разработка плоских динамических моделей автотранспортных средств с наполненным жидкостью кузовом без учета и с учетом подвижности жидкости при неравномерном движении;
проведение численных исследований с использованием разработанных программ для оценки влияния переходных режимов и колебаний жидкости в полости механической системы при ее движении по несущей конструкции;
изучение реакции балочных систем на натурных объектах путем измерения параметров колебаний при переменных скоростях движения автомобилей с твердыми и жидкими грузами.
Научная новизна работы:
разработаны алгоритмы расчета совместных колебаний балочных кон
струкций и движущихся с переменными скоростями инертных механических
систем, моделирующих современные транспортные средства;
усовершенствованы существующие динамические модели автотранс
портных средств для изучения переходных режимов движения, отличающиеся
расширенным подходом к описанию инерционных характеристик, режимов и
параметров неравномерности движения;
разработаны новые динамические модели движущихся транспортных
средств с жидкими грузами;
развиты методики определения динамического давления механических
систем с полостями, содержащими жидкость, на несущую конструкцию с уче
том гидравлического удара, разбиения полости на отсеки и демпфирующих
свойств жидкости;
впервые выполнена оценка влияния режимов неравномерного движения
и подвижности жидкости в кузове транспортного средства, получены новые
данные о динамических коэффициентах и параметрах колебаний балочных
систем;
получены новые экспериментальные данные о параметрах совместных
колебаний транспортных средств и пролетных строений на основе разработан
ной методики натурных измерений для переходных режимов движения с ис
пользованием фотометрической установки.
Достоверность научных положений и результатов, сформулированных в диссертации. Разработанные в диссертации расчетные методики основаны на
использовании апробированных классических методов строительной механики и численных методов динамического расчета, обеспечивающих получение устойчивых решений. Адекватность разработанных новых моделей подвижной нагрузки подтверждена сходимостью результатов расчетов при предельных переходах от переменной скорости к постоянной и от жидких грузов к твердым. Также проверена достоверность результатов численных исследований сопоставлением с теоретическими и экспериментальными данными других авторов и выполненными в диссертации натурными измерениями.
Практическая ценность работы заключается в создании алгоритмов и вычислительных комплексов на их базе с целью получения необходимых для проектных и эксплуатационных организаций данных об особенностях динамического воздействия современных автомобилей на покрытия автомобильных дорог, проезжую часть мостовых сооружений, ригели рам и эстакады промышленных предприятий при переходных режимах движения. При этом важным для принятия обоснованных проектных решений является учет подвижности жидкости в кузовах автоцистерн при неравномерном движении. Программы широко апробированы в ходе ряда вычислительных и натурных экспериментов и могут быть рекомендованы к практическому внедрению.
На защиту выносятся:
S методика динамического расчета совместных колебаний балочных систем и транспортных средств с твердыми и жидкими грузами при неравномерном движении;
S методика определения динамического воздействия подвижной нагрузки на недеформируемую проезжую часть при торможении и разгоне с введением переходных участков нарастания ускорения;
S плоская динамическая модель механической системы для изучения переходных режимов движения, отличающаяся расширенным описанием инерционных характеристик и параметров движения;
S ориентированная на использование при расчетах несущих конструкций динамическая модель механической системы с полостью, частично заполненной жидкостью, для изучения неравномерного движения;
S методика и результаты натурных измерений совместных колебаний балочных несущих систем и автомобилей с твердыми и жидкими грузами при переходных режимах движения с помощью оптического измерителя.
Апробация работы проведена путём представления и обсуждения докладов на 59 - 66 научных конференциях в Воронежском ГАСУ в 2006 - 2013 годах, научно-технических конференциях различных уровней (Воронеж, 2007 -2010 г.; Тула, 2007 - 2012 г.; Самара, 2011 г.; Тамбов, 2012 г.), а также на научно-практических конференциях, проводимых совместно с проектными и научно-исследовательскими организациями строительной отрасли в ВГАСУ, по проблемам прочности, живучести и надежности строящихся, эксплуатируемых
и реконструируемых зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения и мостов.
Публикации: основное содержание диссертационной работы изложено в 17 публикациях, 4 из которых включены в перечень ВАК ведущих рецензируемых журналов.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 2 приложений. Содержит 188 страниц, в том числе 132 страницы машинописного текста, 85 рисунков, 11 таблиц, 194 наименования использованной литературы.
Обзор исследований по динамике систем, содержащих полости с жидкостью
Современные автопроизводители стараются максимально увеличить объемы перевозимых жидких грузов с целью уменьшения транспортных расходов, что естественным образом влечет за собой увеличение и грузонапряженности транспортных сооружений. На сегодняшний день менее всего изучено специфическое воздействие автоцистерн на пролетные строения, обусловленное наличием свободной поверхности жидкости, ее вязкостью и перемешиванием слоев, особенностями перевозки и т.д. Многолетние наблюдения показывают, что подобные эффекты становятся значительными именно при неравномерном движении, а экстремальные режимы, такие, например, как экстренное торможение, могут вызывать сверхнормативные нагрузки на пролетные строения.
Первые железнодорожные цистерны были построены в середине XIX века. Специализированные автомобили для перевозки жидкостей появились только в начала XX столетия, а в России несколько позднее. Первые автоцистерны были изготовлены за рубежом фирмами Ford, GMC, Garford и др. В России в 1932-1937 гг. была создана серия пожарных машин на базе отечественных автомобилей ЯГ-4 и ЯГ-10 грузоподъемностью 5 и 10 т, запасом воды 3400 и 4500 л соответственно.
В настоящее время автомобильную промышленность трудно себе представить без средств для перевозки жидких грузов. При этом используют различные виды автоцистерн [163,146]. А в работе [150] приведена сводная информация о цистернах, выпускаемых в настоящее время в странах СНГ. В ней систематизированы сведения, полученные на основании анализа 350 моделей автоцистерн, предназначенных для транспортировки жидких грузов.
Современная практика эксплуатации свидетельствует о высоком проценте аварий при транспортировке жидких грузов, что указывает на недостаточную изученность динамического поведения цистерн при экстремальных режимах движения. Безусловно, главной причиной здесь является отсутствие адекватной комплексной модели системы «автомобиль-жидкость», отвечающей поведению этой системы в подавляющем большинстве случаев экстремальных ситуаций. Весь спектр исследований по повышению безопасности эксплуатации автоцистерн развивается по трем основным направлениям: исследование колебаний цистерн при разгоне и торможении, анализ способов обеспечения устойчивости от поперечного опрокидывания и расчет вертикальных колебаний для определения нагруженности узлов автоцистерн.
В Советском Союзе наибольшее внимание уделялось исследованиям движения пожарных автоцистерн [13, 92, 87, 19, 12, 164, 121].
Изначально изучение общих закономерностей динамического поведения цистерн выполнялось экспериментальными методами. Например, в работе [97] выполнены экспериментальные исследования модели цистерны, уменьшенной в 10 раз, при следующем цикле движения: равноускоренное движение, равнозамедленное, остановка до окончания свободных колебаний жидкости. Результаты показали, что при малой вязкости жидкости в результате удара имеет место существенное перераспределение нормальных реакций, они могут оказаться в 2 раза больше по сравнению с действием сил инерции твердого груза, в то время как для жидкости с большой вязкостью нормальные реакции увеличиваются незначительно.
Сложность решения задач динамики цистерн привела к тому, что первоначально теоретические расчеты выполнялись на основе предположения, что жидкость “заморожена”. Однако результаты многочисленных экспериментов показали, что замена жидкого груза неподвижным твердым телом при анализе динамики автоцистерны приводит к существенным не только количественным, но и качественным погрешностям. Перемещение жидкости внутри резервуара обуславливает рост гидродинамических давлений, действующих на его оболочку, и значительному перераспределению нормальных реакций. Наиболее нагруженной стенкой цистерны может быть либо переднее днище в момент торможения автомобиля, либо заднее при трогании с места. Поэтому в первых работах, посвященных исследованию динамики автоцистерн с учетом движения жидкости, рассматривалась возможность нахождения гидродинамических сил. В них предполагалось, что колебания жидкости проявляются в виде движения волн вдоль оси цистерны, а максимальная сила продольного давления жидкости на стенку цистерны равна удвоенному значению силы инерции массы «твердой» жидкости [92 – 95].
Однако волновая модель лишь приближенно описывала движение жидкости в резервуаре цистерны, так как она получена из рассмотрения гидродинамики течения в длинных трубах.
В МАДИ совместно с ВНИИПО выполнен ряд работ по исследованию устойчивости пожарных автоцистерн. В качестве математической модели движущейся жидкости использовано разложение ее формы свободной поверхности в виде ряда Фурье. Этот подход изначально был предложен для расчетов железнодорожных цистерн Горьковым П.И. [40] и впоследствии развит Филатовым А.Н. [137] .
Описание переходных режимов
Наиболее общей моделью дорожных неровностей является рельеф дороги. Профиль дороги – сечение рельефа в направлении движения транспорта. Рельеф и профиль дороги обычно принимают функциями пути h(x). В расчетах используют функции не расстояния, а времени h(t), которые называют возмущением.
Профиль дороги принято делить на три составляющие: макропрофиль, микропрофиль и шероховатости, что обуславливается различным воздействием их на автомобиль. Макропрофиль – неровности с длинной волны 100 м и более – не вызывает колебаний подвески и всего автомобиля в целом, но заметно влияет на динамику автомобиля, режим работы двигателя и трансмиссии. Микропрофиль состоит из неровностей с длиной волны от 10 см до 100 м и является основной причиной колебаний автомобиля на подвеске, но не содержит длительных спусков и подъемов, изменяющих режим работы двигателя. Шероховатости длиной волны менее 10 см сглаживаются шинами и влияют только на работу шин.
Обычно в качестве возмущения вместо профиля используют микропрофиль дороги. Это вызвано прежде всего тем, что микропрофиль не содержит медленно меняющейся составляющей и его можно считать стационарным случайным процессом с быстро убывающим показателем регулярности (любые два отрезка, расположенные на расстоянии нескольких десятков метров друг от друга можно считать практически независимыми). А отсутствие шероховатостей существенно уменьшает необходимое количество исходной информации для расчета и процедуру обработки этих данных.
При анализе дорожных неровностей на конкретном участке весь маршрут предварительно разбивают на отдельные однородные участки так, чтобы в пределах одного участка профиль дороги можно было считать реализацией нормального стационарного случайного процесса. Чередование коротких разнородных участков на реальных дорогах наблюдается редко, гораздо чаще встречаются отдельные крупные неровности или группы неровностей: пересечение дорог, участки ремонта и смены дорожного полотна, переезды и т.д. Неровности существенно влияют и на режим движения автомобиля, так как преодоление особо крупных неровностей возможно лишь при малой скорости, в то время как скорость движения на однородном участке может быть высокой. В условиях значительного изменения скорости движения возмущение профиля уже нельзя считать стационарным случайным процессом.
Таким образом, при учете неровностей дорожного полотна и прогибов пролетных строений (рисунок 2.7) выражения для vi и ui можно переписать в виде (2.3). При этом опирание автомобиля на деформируемую конструкцию будем считать точечным.
Для получения данных о конкретном профиле проезжей части могут быть использованы прямые и косвенные методы. В первом случае записываются ординаты профиля дороги, во втором - колебания некоторой динамической системы при проезде по неровностям. В практике расчетов чаще всего используют данные нивелирования с шагом 10-100 см.
Описание переходных режимов Под переходными будем понимать режимы, связанные с резким изменением скорости транспортного средства и появлением значительного по величине ускорения.
Одним из основных упрощений при исследовании воздействия подвижной нагрузки на пролетные строения автодорожных мостов является предположение о стационарности процесса колебаний транспортных средств, что в первую очередь предполагает движение с постоянной скоростью по стационарному профилю пути. Однако, в реальных условиях автомобиль перед въездом на мост, путепровод, эстакаду или другое транспортное сооружение, а также во время движения по нему существенно меняет свою скорость. Это может быть вызвано высокой интенсивностью движения в плотном транспортном потоке, возникновением аварийной ситуации на дороге, наличием ощутимых неровностей покрытия и т.д.
При переходных режимах движения в общем случае скорость автомобиля может меняться линейно, синусоидально или по любому другому сложному закону. Наиболее распространенным является движение с постоянным во времени ускорением, то есть равноускоренное (разгон) или равнозамедленное (торможение) движение.
Явление торможения хорошо изучено и описано в отечественной и зарубежной литературе. Во многих странах приняты государственные правила и стандарты по эффективности тормозных систем, в которых в том числе приводится величина установившегося замедления (ускорение), при которой транспортное средство считается пригодным к эксплуатации. В соответствии с этими нормативами установившееся замедление грузовых автомобилей и автопоездов в среднем составляет 6 м/с2 (табл. 53 [36], табл. 3 [42]).
Плоская динамическая модель автоцистерны с учетом продольных колебаний жидкости
На рисунке 3.12 приведена блок-схема Simulink для реализации предложенного алгоритма и дополнения модели системы с 5-ю степенями свободы, описанной в главе 2, механической моделью жидкости. Для удобства восприятия использована та же по смыслу цветовая гамма обозначений основных блоков. На схеме отдельно указана подсистема, моделирующая предложенную выше теорию учета подвижности жидкости, область определения необходимых геометрических параметров и область, отвечающая непосредственно за колебания механической части автоцистерны.
На рисунке 3.13 подсистема колебаний жидкости представлена в развернутом виде. Цветовые обозначения: красный - блоки интегрирования, зеленый - блок суммирования компонентов дифференциального уравнения колебаний твердого груза тх; голубой - входные параметры из общей схемы, желтый - исходные данные по геометрическим и физическим характеристикам объема жидкости и кузова, оранжевый - выходные параметры подсистемы. - Подсистема Simulink, моделирующая колебания жидкости 3.3 Анализ численных исследований колебаний автоцистерны при движении с постоянным ускорением
Для оценки влияния подвижности жидкости на колебательный процесс при равнопеременном движении автоцистерн необходимо выделить основные, определяющие его факторы. Помимо, собственно, величины ускорения на динамические характеристики колеблющейся системы «автомобиль-жидкость» в большей степени будут влиять уровень заполнения и количество отдельных отсеков, на которые разбивается весь объем котла цистерны.
С целью определения основных численных зависимостей рассмотрим режим торможения трехосной автоцистерны 66052 на базе КамАЗ с учетом подвижности жидкости. Геометрические и физические характеристики описаны в предыдущей главе. Движение осуществляется по идеально гладкому профилю проезжей части. Сам процесс торможения характеризуется тремя участками: отсутствия ускорения (0-5 с), появления ускорения (5-8 c) и снятия ускорения (8-20 с). Плотность жидкости – 1000 кг/м3. Уровень заполнения принят 95 % с учетом эксплуатационного недолива, изменение положения центра масс жидкости в процессе колебаний на данном этапе не учитываем. Эллиптическое поперечное сечение котла цистерны приближенно аппроксимировано прямоугольником равной площади.
На рисунках 3.14 и 3.15 показано отличие результатов по предложенной модели без учета и с учетом явления гидроудара при различных ускорениях. Как видно из графиков, колебания имеют принципиальные количественные и качественные отличия.
Графики изменения давлений передней R1 и задней R2 осей автоцистерны при торможении с ускорением 6 м/с2 с учетом и без учета предложенной зависимости для описания гидроудара
Покажем теперь, как введение отсеков помогает снизить динамический эффект от колеблющейся жидкости при экстренном торможении (рисунок 3.16). Уровень заполнения исследуемой автоцистерны – 95 %, изменение положения центра масс жидкости в процессе колебаний не учитывалось. цистерны на отсеки Таким образом, деление рассмотренной цистерны на три равных отсека при ускорении 6 м/с2 и данном уровне заполнения 95 % позволяет снизить максимальные давления осей передней – на 46 %, задней – на 16 % и свести к минимуму негативный эффект гидроудара в части значительного увеличения динамического давления осей (рисунок 3.17). При этом, однако, на рисунке 3.17 видно существенное отличие частот колебаний во всех трех моделях. Это может стать определяющим при учете неровностей профиля проезжей части и рассмотрении совместных колебаний системы «жидкость-автомобиль-мост» и указывает на необходимость выделения специализированных транспортных средств в отдельный, особый вид нагрузок, требующий дополнительного изучения. Особенно принципиально эти различия могут проявляются при экстремальных режимах движения, таких как экстренное торможение или авария на дороге.
Следует отметить и еще одну принципиальную особенность колебаний специализированного транспорта с жидкими грузами – нелинейную зависимость динамического эффекта от уровня заполнения котла.
Произведем вычислительный эксперимент. Исследуемый объект – автоцистерны 66052 на базе КамАЗ. Плотность жидкости – 1000 кг/м3. Диапазон заполнения – 50 – 100 %, ускорений – 1 – 6 м/с2. Учитываем изменение массы цистерны в зависимости от уровня заполнения, а также изменение положения центра масс и момента инерции всей системы в процессе колебаний.
Расчет совместных колебаний балочных систем и транспортных средств при переходных режимах движения с использованием MATLAB Simulink
Рассмотрим теперь подвижную нагрузку в виде транспортного средства с жидким грузом. В практике эксплуатации автоцистерн перевозка жидкости достаточно часто осуществляется со значительным превышением нормативного уровня эксплуатационного недолива, который в отдельных случаях может достигать 50 % общего объема. В таких условиях наличие свободной поверхности жидкости приводит к возникновению значительных волновых процессов и возможности появления гидроудара, о котором более подробно говорилось в главе 3. Параметры колебаний при этом могут сильно отличаться от принятых в предположении, что жидкость “заморожена”, а дополнительные гидродинамические добавки обуславливать увеличение сверхнормативного воздействия на пролетные строения.
Усложненная модель Simulink, объединяющая условные расчетные блоки «автомобиль», «профиль», «жидкость» и «мост» в одном вычислительном пространстве, представлена на рисунке 4.14. Это модель реализует алгоритм расчета совместных колебаний автоцистерны и балочного пролетного строения с учетом подвижности жидкости и кинематического возмущения по предложенным выше методикам.
Расчеты показали, что наиболее опасным участком торможения в случае учета подвижности жидкости по-прежнему остается первая треть, то есть начало пролета. Характерные графики вертикальных перемещений середины пролета для случая 95 % наполнения при разном количестве отсеков и торможении с ускорением 6 м/с2 в различных частях пролета даны на рисунок 4.15.
Отличительной особенностью совместных колебаний с учетом подвижности жидкости по модели, разработанной в 3 главе, является тот факт, что частота вынужденных колебаний в этом случае зависит от геометрических размеров объема жидкости, количества отсеков, наличия свободной поверхности и возможности появления гидроудара, а также величины ускорения. Частотный анализ воздействия подвижной нагрузки для рассмотренной автоцистерны приближенно сведен в таблицу 4.2.
Как видно из таблицы, учет гидравлического удара за счет введения экспоненциальной зависимости существенно увеличивает частоту вынужденных колебаний, что приближает периоды воздействия такой нагрузки к полученным без учета подвижности жидкости. При небольших ускорениях это те же 0,6 – 0,7 с. Однако с увеличением ускорения и появлением гидроудара жесткость пружины в предложенной модели существенно возрастает, увеличивая частоту воздействия подвижной нагрузки. В рассмотренном примере периоды воздействия 0,3 – 0,4 с достигаются при заполнении цистерны около 85 % без отсеков и торможении с ускорением 6 м/с2. В этом случае наряду с существенным увеличением динамических давлений осей могут наблюдаться еще и резонансные явления, что делает такой режим эксплуатации (эксплуатационный недолив 10-20 % при отсутствии отсеков и гасителей колебаний) крайне опасным для пролетного строения.
Максимальные динамические коэффициенты для прогиба середины пролета, обобщающие исследования с учетом подвижности жидкости, сведены в таблицу 4.2. По этим результатам построены графики динамических коэффициентов (рисунок 4.18).
На рисунке 4.18 для автоцистерны без отсеков отчетливо виден перелом графика в диапазоне ускорений 3 – 4 м/с2, что обусловлено проявлением гидравлического удара за счет введения экспоненциальной зависимости.
1. Предложена методика моделирования совместных колебаний транспортных средств и балочных систем при переходных режимах движения;
2. Разработан алгоритм и программный модуль для его реализации, описывающий совместные колебания балочных пролетных строений и автоцистерн с учетом подвижности жидкости в кузове цистерны и неровностей профиля проезжей части;
3. При определении максимального динамического эффекта для пролетного строения от неравномерного движения наряду с величиной установившегося ускорения определяющим является выбор участка появления ускорения (начало, середина или конец пролета) и длительности его действия. Для однопролетной шарнирной схемы наиболее опасным является торможение и разгон в пределах первой половины пролета. Начальная скорость при отсутствии кинематического возмущения на колебания практически не влияет;
4. Наиболее опасным режимом эксплуатации следует считать около 85% наполнения для цистерны без отсеков, так как в этом случае при больших ускорениях наряду с существенным увеличением динамических давлений осей возможно появление резонансных колебаний, что крайне опасно для балочных систем средних пролетов с собственными частотами до 20 с-1. В случае разбиения котла цистерны на отсеки резонансные явления для мостов малых и средних пролетов практически исключены вследствие того, что периоды вынужденных колебаний находятся в пределах 0,5 – 0,7 с; следующие результаты. Без учета подвижности жидкости, то есть в предположении, что жидкость “заморожена”, максимальный динамический коэффициент при торможении с ускорением 6 м/с2 – 1,26, при разгоне с ускорением 4 м/с2 – 1,27. С учетом подвижности жидкости изучался только процесс торможения. Максимальные динамические коэффициенты составили: 3,25 – без отсеков, 1,93 и 1,65 – при 2 и 3 отсеках соответственно. Отдельно от учета подвижности жидкости динамические коэффициенты по жидкости составили соответственно 2,54, 1,51 и 1,29. Таким образом, в предположении, что жидкость “заморожена”, максимальный динамический эффект по прогибам для данного случая получается недоучтен минимум на 29 %.
Для развития теории расчета автодорожных мостов и методов оценки их динамических характеристик особое значение имеют экспериментальные исследования, которые позволяют получить данные о реальной картине напряженно-деформированного состояния пролетных строений. На основе анализа результатов таких исследований можно дать оценку грузоподъемности и пропускной способности в соответствии с современными требованиями, проверить достоверность результатов вычислительных экспериментов на основе разрабатываемых методик, выявить правомерность принятых при расчете допущений и даже в некоторых случаях обосновывать принимаемые проектные решения.
