619

– 2 слоя — защитный слой бетона δ = 0,015 м.

Плита загружалась равномерно распределенной нагрузкой 10 кН/м2. В нелинейных расчетах нагрузка прикладывалась ступенями по 0,5 кН/м2 за 20 шагов.

Предварительно было исследовано влияние подробности разбивки КЭ модели на точность результатов расче-

та.

В результате расчетов получены напряжения в бетоне и арматуре, прогибы плиты. Основные результаты приведены на рис. 1, 2 и в таблице.

Рис. 1. Нормальные напряжения по верхней поверхности плиты (а) и в верхней арматуре (б) по сечению 1–1 при расчетах:

LineElast — ряд 1; LineElastSHELL4L — ряд 2; LineElastSOLIDL — ряд 3; TsaiWuNonLine — ряд 4; NonLinear — ряд 5; Сoncrete — ряд 6

Результаты линейного расчета по теории разрушения отличаются от линейного расчета с элементами SHELL4L только вычислением критерия разрушения для каждого слоя КЭ.

Таблица

Сравнение результатов расчета

Как видно из результатов анализа, линейные расчеты не пригодны для достоверной оценки НДС железобетонной плиты.

Наиболее достоверные результаты и при этом компактную модель и небольшое время счета получили при нелинейном расчете с использованием теории разрушения TsaiWu (см. рис. 2). Эта теория заключается в послойном выключении КЭ из работы при достижении заданного предела прочности материала.

23

Рис. 2. Нормальные напряжения по верхней поверхности плиты (а) и в верхней арматуре (б) по сечению 1-1 при нелинейном расчете с использованием теории разрушения

Из графиков видно, что метод расчета по теории разрушения дает достоверную картину работы железобетона, моделируя образование пластического шарнира.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Л.С. Васильева

Могилей К.С.

(факультет «Мосты и тоннели»)

О НЕКОТОРЫХ ПОДХОДАХ К УЧЕТУ НЕЛИНЕЙНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ ПРИ РАСЧЕТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ

Проблема сокращения материалоемкости бетонных конструкций и облегчение веса сооружений приводит к необходимости уточнения и совершенствования математических моделей расчета.

В связи с этим особую актуальность приобретают исследования природы деформируемости бетона, в частности, ползучести. Известно, что при различных длительных воздействиях она может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на распределение усилий в статически неопределимых системах, бетонных и железобетонных плотинах, мостах больших пролетов. От интенсивности развития деформации ползучести зависят эксплуатационные качества многих элементов.

Для физического объяснения явления ползучести бетона в работе рассмотрен ряд теорий, многочисленность, а порой и противоречивость которых свидетельствуют о сложности данного вопроса. Общепринято под теорией ползучести подразумевать установление зависимости между напряжениями, деформациями и временем:

где εt — полная относительная деформация в момент времени t; στ — напряжение в любой момент времени; τ — текущая координата времени.

Линейное соотношение между деформациями ползучести и величиной приложенного напряжения (σp ~ εp), как известно, существует только до определенного уровня напряжений. Ограничение представлено в виде нагрузок, которые не должны вызывать в бетоне напряжения больше 0,3–0,5Rb (Rb — прочность бетона на сжатие). При этом деформации ползучести считаются обратимыми и пропорциональными действующим напряжениям, но так как граница является достаточно условной, то физическая нелинейность бетона может проявляться и при достаточно малых уровнях нагружения.

Выше этого уровня напряжений происходит интенсивное микротрещинообразование, и зависимость (σp ~ εp) становится нелинейной. Например, уменьшение поперечного сечения при возрастающих пролетах неизбежно приводит к возрастанию напряжений в конктрукции. Учет нелинейной ползучести важен для практических расчетов предварительно напряженных изгибаемых, внецентренно сжатых и некоторых других элементов. При уровнях напряжений, приближающихся к пределу прочности бетона, ползучесть может привести к разрушению структуры.

Анализ литературных источников показал, что в настоящее время не существует физической теории, способной количественно описывать ползучесть и изменения физико-механических свойств бетона во времени. Поэтому для описания деформирования материала появились феноменологические теории, основанные на результатах механических испытаний.

Основу подобных теорий, как правило, составляют экспериментально обоснованные гипотезы, устанавливающие соотношения между деформациями и напряжениями во времени, представленные в виде основных гипотез нелинейной ползучести бетона:

–бетон рассматривается как однородный изотропный материал;

–полные деформации бетона складываются из упругих деформаций, обратимых деформаций ползучести (последействия) и необратимых деформаций первого рода (зависящие от силовых воздействий);

24

–упруго-мгновенные деформации линейно зависят от действующих напряжений вплоть до величин, близких

кстатической прочности бетона;

–длительные деформации ползучести, подчиняющиеся принципу наложения, линейно зависят от вызвавших их напряжений и включают в себя обратимые и необратимые деформации ползучести, обусловленные старением бетона (необратимые деформации второго рода);

–необратимые деформации первого рода служат причиной несоблюдения принципа наложения, они нелинейно зависят от вызвавших их напряжений;

–развитие деформаций ползучести стареющего бетона определяется не столько величиной действующего напряжения, сколько их уровнем, т.е. величиной отношения напряжений к прочности бетона;

–в области эксплуатационных нагрузок компоненты деформаций ползучести бетона при сжатии и растяжении одинаковы.

Преимущество учета нелинейной ползучести бетона в работе сооружения очевидно и должно быть положено в основу расчета сооружений с учетом перераспределения напряжений в железобетоне во времени, что позволит более обоснованно, экономно и правильно армировать конструкции балочных пролетных строений (снизить собственный вес конструкций, уменьшить их сечение, создать более рациональные конструктивные формы элементов). A использование вычислительной техники в современных методах расчета приведет к наиболее точному представлению распределения внутренних силовых факторов в пролетных строениях железобетонных мостов рамно-консольных систем и повышению эффективности оценки действительного напряженного состояния сооружений, длительное время находящихся в эксплуатации.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Л.Ю. Соловьев

Неровных А.А.

(факультет «Мосты и тоннели»)

ДАТЧИКИ МАЛОГАБАРИТНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «ТЕНЗОР-МС»

В Лаборатории Мостовых Конструкций СГУПС создана и широко применяется новая модель малогабаритного измерительного комплекса «Тензор-МС», которая обладает рядом преимуществ по сравнению с предыдущей моделью комплекса «Тензор-М». В состав комплекса входят датчики деформаций, тензодинамометр, датчик перемещений, блок приема и обработки сигналов датчиков, Pocket PC. Сигнал поступающий от датчиков обрабатывается в блоке и по каналу BlueTooth передается на Pocket PC.

На датчиках деформаций тензорезисторы наклеены на верхней и нижней поверхностях первичного преобразователя, на тензодинамометре — по периметру по полномостовой схеме, а на датчике перемещений — на консоли, к которой через пружину прикреплена подвижная штанга.

Для обеспечения работы комплекса выполнена его тарировка следующими способами:

–тарировка датчиков деформаций на калиброметре;

–тарировка датчиков деформаций на балке равного сопротивления;

–тарировка датчиков деформаций на прессе;

–тарировка мездозы на прессе;

–тарировка датчика перемещений.

Все три способа тарировки датчиков деформаций показали примерно одинаковые результаты, однако, тарирование датчиков деформаций наиболее удобно производить с помощью калиброметра, так как для определения деформаций конструкции не нужно выполнять ни каких расчетов — достаточно установить на калиброметр индикаторы часового типа. Поэтому, для дальнейших исследований рекомендован способ тарировки датчиков деформаций на калиброметре.

По результатам проведенных испытаний для каждого датчика построена статическая градуировочная характеристика (рис. 1), определены коэффициенты преобразования датчиков (угол наклона графика к оси абсцисс) и диапазон их измерений (интервал, на котором показания датчика изменяются линейно). Испытания показали, что датчики комплекса имеют механический гистерезис, однако его величина мала и большого влияния на погрешность измерений не оказывает.

25

Рис. 2. Статическая градуировочная характеристика ТД

Так же, в рамках работы, рассчитаны три варианта конструкции первичного преобразователя для датчиков деформаций рамного типа. Ранее, в работах С.А. Бокарева и И.И. Козятника, была рассмотрена альтернативная арочная конструкция преобразователя.

Рассмотренные конструкции преобразователя различаются высотой ножек h и шириной «шейки» b:

–вариант № 1: b = 5 мм, h = 3 мм;

–вариант № 2: b = 5 мм, h = 4 мм;

–вариант № 3: b = 3 мм, h = 3 мм.

В табл. 1 приведены результаты расчета представленных конструкций датчиков, выполненного по методу конечных элементов в программном комплексе Midas Civil.

Таблица 1

Результаты расчета первичного преобразователя

Как видно из результатов расчета, наиболее приемлемым является третий вариант конструкции первичного преобразователя (см. рис. 2), так как он дает большие напряжения в «шейке», где и будут приклеены тензорезисторы, к тому же напряжения изменяются линейно, что позволяет использовать коэффициент преобразования при работе с датчиками. Эта конструкция преобразователя будет применятся в новых моделях измерительного комплекса «Тензор» при использовании напыляемых тензорезисторов, которые являются более чувствительными и надежными по сравнению с наклеиваемыми.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. С.А. Бокарев

Просяников Б.Д.

(факультет «Промышленное и гражданское строительство»)

ОСОБЕННОСТИ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ОЦИНКОВАННЫХ ПРОФИЛЕЙ

Отличительной особенностью развития металлических конструкций в ХХ в. стало появление такого термина как «легкие стальные конструкции», к которым относятся стержни из тонкостенных гнутых профилей. В настоящих условиях строительной отрасли этот термин стал еще более актуальным, в связи со следующими проблемами:

–повышение эффективности капитальных вложений, концентрация их на реконструкции и сооружении объектов, определяющих рост производства и решение социальных задач;

–обеспечение строительства и ввода объектов в нормативные сроки;

–применение прогрессивных научно-технических достижений, ресурсоэнергосберегающих технологий и оборудования, экономичных объемно-планировочных и конструктивных решений с последовательным сокращением расхода материальных, топливо-энергетических и трудовых ресурсов.

Применение стержневых конструкций из тонкостенных гнутых профилей отвечают многому из вышеперечисленного.

Основные показатели легких стальных конструкций:

–наименьший среди строительных конструкций расход металла, эффективное использование сталей повышенной прочности;

–низкая трудоемкость изготовления за счет высокой технологичности, типизации и унификации; возможности изготовления на поточных линиях;

–экономия затрат на транспортировку, что обеспечивается не только облегчением конструкции, но и их компактностью;

–монтаж в короткие сроки с минимальной трудоемкостью;

–долговечность за счет применения прогрессивных методов антикоррозионной защиты, конструктивных форм, не допускающих появления очагов коррозии;

–надежность конструкций в результате применения многосвязных систем, конструктивных решений с улучшенной хладостойкостью, ясная схема работы, позволяющая выполнить корректный расчет конструкции.

В качестве примера применения легких стальных конструкций в современном строительстве представлены следующие фотографии:

–таксопарк в городе Новосибирске. Общий вид каркаса, а также конструкции ограждений и конструкции покрытия, выполненные с применением тонкостенных оцинкованных профилей;

26

– строительство мансарды, выполняемое при реконструкции жилого панельного пятиэтажного здания, с применением тонкостенных оцинкованных профилей.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. В.С. Казарновский

Саврова Л.А.

(факультет «Мосты и тоннели»)

АТОМНО-ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЕЩЕСТВ

Впроцессе эксплуатации различных механизмов: машин, поездов, локомотивов, происходит их износ, что создает аварийную обстановку при их обслуживании. В методах контроля качества различных материалов особое место занимают спектральные методы. Самый старый — это метод атомно-эмиссионного анализа.

Вкачестве аналитического метода атомно-эмиссионная спектрография была развита немецкими учеными — физиком Г. Кирхгофом и химиком Р. Бунзеном. Решающий шаг был сделан в 1924 г. У. Герлахом, который предложил так называемые гомологические пары спектральных линий.

Спектральный анализ — метод определения состава объекта, основанный на изучении спектров испускания свободных атомов и ионов в газовой фазе в области длин волн 150–180 нм.

Исследование состава материалов методом атомно-эмиссионного спектрального анализа проводилось нами в условиях железнодорожной спектральной лаборатории. Использовалась установка МФС-7 с установленным на ней многоканальным анализатором эмиссионных спектров (МАЭС), работающим под управлением программы «АТОМ». Установка состоит из следующих частей: штатив для размещения исследуемой пробы; полихроматор с установленным в нем МАЭС, обеспечивающим получение и регистрацию спектра; источник возбуждения спектров, подающий электрический разряд на пробу; компьютер с программой «АТОМ», управляющий работой МАЭС и источника возбуждения спектров.

Оценка результатов анализа проводится путем сравнения состава исследуемой пробы с составом государственного стандартного образца (ГСО) той марки, которой должна принадлежать проба.

Вкачестве эксперимента, проводился анализ стали на содержание Сr, Мn, Ni, Si по ГОСТ 18895-97 «Сталь» методом спектрального анализа. В программе «АТОМ» автоматически вычисляются концентрации Сr, Мn, Ni, Si. Выполнение анализа исследуемой пробы стали проводится аналогично контрольному анализу ГСО. Результаты эксперимента по содержанию определяемых элементов Сr, Мn, Ni, Si приведены на рис. 1.

Рис. 1. Содержание химических элементов в стали

Также был проведен анализ буксовой смазки на элементы износа по содержанию Fe, Si, Cu, Cr. Результаты проведенного эксперимента (рис. 2): в пробе 1 содержание Fe и Si, превышает допустимые значения (подшипниковый узел нуждается в ремонте). В пробе 2 содержание элементов не превышает допустимой нормы.

Рис. 2. Содержание примесей в смазке буксы

27

Спектральный анализ материалов применяется в металлургии, машиностроении, материаловедении, в строительстве, стекольной и цементной промышленности для: анализа элементного состава входного сырья, отходов производства любой степени засоренности и сложности; анализа химического состава шлаков, шламов, изгари; контроля готового продукта на соответствие техническим условиям и государственным стандартам.

Научный руководитель д. пед. наук, проф. В.Ф. Глушков

Слижик А.В.

(факультет «Мосты и тоннели»)

ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ

В настоящее время в специализированных организациях, проектных институтах и конструкторских бюро для реализации проектов ИССО используется совокупность программных комплексов CAD, CAE, CAM и др., упрощающих деятельность инженеров. Почти все современные CAE-программы содержат мощный теоретический аппарат, позволяющий выполнять сложные расчеты. Не смотря на это, процесс проектирования достаточно трудоемок и длителен за счет того, что отдельные чертежные, расчетные и проектные программы не имеют достаточной взаимосвязи между собой. Существующие же комплексы целостного автоматизированного проектирования специализируются, как правило, на промышленном и гражданском строительстве и не имеют четко выраженной мостовой направленности. Речь идет, в основном, о базе данных конструкций, составляющих искусственные сооружения. В связи с этим, возникает актуальные проблемы создания нового, либо, улучшения взаимосвязи в существующих инженерных комплексах, внедрения в них баз данных и обеспечение мостовой направленностью, что, как следствие, приведет к оптимизации проектирования.

Например, в книге А.И. Виноградова «Проблемы оптимального проектирования в строительной механике» дается общая постановка задачи оптимального проектирования, выясняются основные понятия математического программирования и их интерпретация в задачах оптимизации типов задач и методов их решения. Рассматриваются некоторые инженерные методы оптимизации, свойства оптимальных систем наименьшей стоимости и наименьшего веса. Подробно описан разработанный автором вариант градиентного метода, учитывающий механические свойства систем и дающий хорошую сходимость. Для стальных конструкций с преобладающим изгибом развиваются элементы общей теории сечений с разделяющимися параметрами, на основе которой алгоритм оптимизации удается изложить в общем виде. Однако в книге не освящены вопросы оптимизации конструкции с учетом стоимости ее изготовления. Также не уделено должного внимания практической реализации представленных методов и алгоритмов. В книге Г.М. Власова «Применение ЭЦВМ к расчету мостовых конструкций» исследованы вопросы и предоставлены алгоритмы статического расчета некоторых типов ПС с построением линий влияния, вычисления расчетных усилий в соответствии с действующими техническими условиями, определения необходимых размеров бетонных опор по обрезу фундамента. Рассмотренные алгоритмы применимы только к очень узкому кругу практических задач.

Проанализировав актуальные интернет издания1, можно сказать, что на сегодняшний день существуют автоматизированные программные комплексы для промышленного и гражданского строительства, например Revit Architecture и Revit Structure, а также для строительства автомобильных и железных дорог (CREDO ТОПОПЛАН, CREDO ДОРОГИ, ЖЕЛДОРПЛАН и др.), но не существует программных комплексов массового использования для автоматизированного проектирования мостовых конструкций.

На основе существующих работ и программных комплексов, и с учетом их положительных и отрицательных сторон, можно сформировать следующую основную цель: разработка автоматизированного комплекса проектирования металлических пролетных строений на стадии рабочих чертежей.

Для достижения данной цели необходимо решить достаточно широкий круг задач. Наиболее приоритетными нам представляются решение задач по подбору оптимальной схемы разбивки и подбор оптимальных поперечных сечений элементов для минимизаций веса конструкций и стоимости изготовления.

Решение этих задач можно разбить на следующие этапы:

–реализация алгоритма вариантного проектирования схем разбивки сооружений;

–описание процесса проектирования металлических пролетных строений мостов при помощи многоцелевых функций;

–описание способа подбора оптимальных статических схем конструкций и его программная реализация;

–внедрение оптимальной статической схемы в расчетный модуль по подбору оптимальных сечений;

–создание базы данных типовых и типичных проектных решений новых конструкций, а также способов ремонта;

–осуществление прямой взаимосвязи со сторонними программными продуктами.

1 http://www.navgeocom.ru; http://www.cad.ru; http://www.emt.ru

28

На данном этапе представляется актуальным решение задачи описания процесса проектирования металлических пролетных строений мостов при помощи многоцелевых функций. Можно выделить две наиболее значимые целевые функции — минимизация веса (стоимость материалов) и минимизация стоимости изготовления конструкции (монтаж).

Автором разработана реализация алгоритма вариантного проектирования схем разбивки мостовых сооружений на основе данных и методики1.

Научный руководитель канд. техн. наук, ст. преп. А.А. Ращепкин

Солодчин В.Ю.

(факультет «Мосты и тоннели»)

СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ СТАТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ЧУГУННОЙ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ КРУГОВОГО ОЧЕРТАНИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДИК

Применение чугунных тюбинговых обделок, несмотря на их высокую стоимость, оправдано в том случае, если обделка, помимо большой несущей способности и водонепроницаемости, должна обладать достаточной жесткостью, так как слишком податливый грунт не способен противостоять чрезмерным деформациям обделки.

Статические расчеты обделки выполнялись в одинаковых условиях без учета ГСД, с применением различных расчетных методик. Работа разделилась на 4 этапа.

1 Этап. Ручной расчет по формулам Метрогипротранса. При расчете использована расчетная схема упругого свободно деформирующегося кольца постоянной жесткости, находящегося под воздействием внешних нагрузок и уравновешивающей реакции грунта, равномерно распределенной по его горизонтальной проекции. По результатам расчета получили эпюры M и N.

2 Этап. Расчет с помощью конечностно-элементной программы профессора Шапошникова TUN2. При расчете использована расчетная схема с учетом упругого отпора грунта. В данном случае упругий отпор не велик, так как расчет ведется для плотной глины. По результатам расчета получены эпюры M и N.

3 Этап. Расчет с помощью расчетного комплекса PLAXIS V8.2.

При статическом расчете тоннельной обделки при помощи расчетного комплекса PLAXIS V8.2 в расчет вводятся полные физико-механические характеристики грунтового массива (Модуль деформации, коэффициент бокового давления, удельное сцепление грунта, угол внутреннего трения, модуль сдвига и т.д.) и физикомеханические свойства материала обделки и ее геометрические характеристики. Также прекрасно отслеживаются реологические свойства грунта до проходки тоннеля и после всех необходимых технологических операций. По результатам расчета получены эпюры M и N.

4 Этап. Анализ полученных данных. Из полученных данных была выявлена схожесть качественного вида эпюр, а также сопоставимость полученных значений. Из этого были сделаны следующие выводы:

1.Все вышеприведенные методы дают достоверные результаты статического расчета тоннельных обделок кругового очертания;

2.При расчете с помощью расчетного комплекса PLAXIS V8.2 возможно задание условий работы конструкции в условиях, наиболее приближенных к реальной работе сооружения.

При решении современных инженерных задач в сфере тоннелестроения, а именно расчета и проектирования тоннельных обделок кругового очертания, предпочтительнее пользоваться более детальным расчетным комплексом PLAXIS V8.2 нежели другими выше приведенными программами и ручных счетом. Но необходимо использовать старые методы для контроля и анализа результатов, полученных при помощи современных методов.

Научный руководитель канд. техн. наук, проф. Ю.Н. Третьяков

Шаршов Р.А., Малеванчук Е.В.

(факультет «Мосты и тоннели»)

ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ВОЗДУХЕ

Исследование спектра излучения электрического разряда позволяет понять сложные физические процессы, связанные с происхождением электрического тока через газовые среды. Различные условия разряда, как состав газа, его давление, форма и расположение электродов определяют вид электрического разряда. В данной

1 Проектирование металлических мостов. Составление и сравнение вариантов. Расчет проезжей части. Методические указания к курсовому проектированию / Сост. А.Н. Донец, Л.Ю. Соловьев, Б.А. Рябышев и др. Новосибирск. 2008. 83 с.

29

работе давление газа составляло ~ 5·103 Па (~ 37 мм. рт. ст.), расстояние между электродами 32 см. Общая схема установки приведена на рис. 1.

Источник высокого напряжения

Манометр 13ВТЭ-003

Спектр Насос

Рис. 1. Схема установки

Воздух при нормальных условиях содержит небольшое число ионов, которые являются источниками начала электрического разряда; в 1 см3 за t = 1 сек образуется около 5 пар ионов (воздух — смесь газов: азот ~ 78 %, кислород ~ 21 %, водород; СО2 — 0,03 %; О3; СО; NH3; SO2 и т.д.).

Высокое постоянное напряжение (25 кВ) создает в воздухе самостоятельный разряд, а между катодом и анодом возникает проводящий канал, сопровождающийся свечением. С помощью спектрометра был исследован спектр электрического разряда в остаточном воздухе вблизи анода и катода. Результаты измерений длин волн в катодной части приведены на рис. 2.

30

Эта часть пространства характеризуется большой концентрацией положительных ионов, что12 –существенно634 нм по-

вышает вероятность рекомбинации электронов (е-) и ионов (А+) в нейтральные атомы или молекулы (А0) (е- + А+

→ А0). 13 – 638 нм

Данный процесс сопровождается излучением, длина волны которого определяется видом образующегося атома или молекулы (рис. 2, линии с λ = 444; 499; 584; 630; 640 нм). Совмещение полученного спектра с известными спектрами основных составляющих воздуха (азот; кислород и т.д.) дало возможность классифицировать (с определенной вероятностью) ионы газов, которые рекомбинируют вблизи катода (рис. 3).

Рис. 3. Спектры излучения отдельных атомов

Полученные данные представляются достаточно верными. Как известно из литературы ионизирующий по-

предположить, что Ua ~ λk = 499 =1,12 . Как видно, эти отношения довольно близки. Наличие в спектре со-

Uk λa 444

ставляющих малой интенсивности свечение (линии с 1 по 13) можно объяснить процессами перезарядки, при котором ион захватывает электрон у подобного атома, который становится нейтральным. Вследствие перезарядки ионы, разогнавшиеся в электрическом поле, тормозятся и заменяются неподвижными. Вероятно, также эти составляющие спектра связаны с возвращением возбужденных атомов (молекул) в основное состояние.

Исследование спектра вблизи анода показало отсутствие главных линий излучения, точно на их местах находились линии поглощения.

Проведенные исследования доказывают, что вблизи анода при электрическом разряде протекают физические процессы, противоположные рекомбинации, а именно происходит ионизация атомов или молекул (азота, кислорода и т.д.), что сопровождается поглощением энергии. В области анода электроны, пройдя ускоряющее электрическое поле, обладают энергией и для возбуждения атомов и молекул с последующим возвращением их в основное состояние (рис. 2, линии 1..13).

Таким образом, исследование спектра позволило не только квалифицировать наличие в воздухе различных газов, но и выяснить природу физических процессов, протекающих в катодной и анодной частях электрического разряда.

Научный руководитель д. пед. наук, проф. В.Ф. Глушков

31

СЕКЦИЯ «ТЕХНОЛОГИЯ ТРАСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ»

Галаюда И.В., Кузьмин А.В.

(факультет «Строительные и дорожные машины»)

ОСОБЕННОСТИ КОНТАКТА ЗАЦЕПЛЕНИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР МАСЕЛ ДЛЯ ПЕРЕДАЧ ЧЕРВЯЧНОГО ТИПА

Наибольшее применение в подъемно-транспортных машинах из передач червячного типа находят червячные цилиндрические, глобоидные и спироидные передачи.

Также достоинства передач как возможность получения передаточного числа в диапазоне 8–80 и более, плавность и бесшумность работы, высокая кинематическая точность, возможность самоторможения при небольших углах подъема винтовой линии червяка способствуют их применению как при модернизации техники, так и при создании новых машин.

Передачи червячного типа имеют принципиальное отличие в сравнении зубчатыми передачами, оси валов которых параллельны, либо пересекаются.

Отличие состоится в том, что в любой точке линии контакта витков червяка и зубьев колеса имеет место относительное скольжение, а линии контакта в ряде случаев расположены под малым углом к вектору скорости скольжения. Это обстоятельство отрицательно влияет на образование слоя смазки в контакте.

Следует отметить также, что с уменьшением скорости скольжения резко возрастает коэффициент трения, что указывает на наличие граничного трения (микронеровности не разделены слоем смазки).

Особенности контакта в зацеплении передач червячного типа позволили сформулировать основные требования при выборе смазочных масел:

–целесообразно применять трансмиссионные масла четвертой и пятой группы эксплуатации, вязкость которых наибольшая;

–использовать трансмиссионные масла с пологой вязкостно-температурной кривой, характеризующей изменение вязкости в рабочем диапазоне температур;

–предпочтительно использовать сорта трансмиссионных масел, содержащих антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. В.Н. Анферов

Громов Д.Е.

(факультет «Строительные и дорожные машины»)

КАВИТАЦИЯ ЖИДКОСТИ

Кавитация — образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости (давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения, приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре), которое может происходит либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта.

Кавитационные повреждения имеют два характерных признака. Во-первых, отверстия появляются только на участках давления или противодавления гильзы. Во-вторых, в отличие от обычной коррозии отверстия увеличиваются вовнутрь.

Кавитация жидкости в насосах наступает при условии, когда жидкость при всасывании отрывается по тем или иным причинам от рабочего элемента насоса-поршня, лопасти, зубьев или прочих вытеснителей. Возможность отрыва зависит от вязкости жидкости и величины давления на входе в насос, а так же от числа оборотов и конструктивных особенностей насосов.

Для избежания опасности возникновения кавитации в гидросистемах, рекомендуется соблюдать, как минимум, следующие условия:

–давление в потоке жидкости должно быть больше давления насыщенных паров;

–режим течения жидкости по возможности должен быть ламинарным;

–температура рабочей жидкости не должна превышать значение, при котором может начаться образование газовых пузырьков;

–максимально возможное ограничение попадания воздуха в рабочую жидкость;

–уменьшение высоты всасывания за счет повышения уровня воды в приемном колодце.

Наиболее эффективным способом предотвращения возникновения кавитации в гидросистемах является повышение рабочего давления в проблемных зонах. В частности, радикальным способом борьбы с кавитацией в насосах является применение насосов подкачки.

32