10870

с целой моделью первую проектную единицу, второй – вторую и т. д. Это позволит существенно сократить время проверки, так как в этом случае один компьютер обрабатывает только одну проектную единицу.

Реализовать данный способ можно, разделив программное средство на клиентскую и серверную части. При этом задачами серверной части будут:

отправка задач (в виде двух пар файлов, одна из которых описывает целую модель, а другая – нужную проектную единицу, и пары чисел, описывающих допустимые погрешности при сравнении координат

иперемещений) на вычислительные узлы системы;

приём от каждого вычислительного узла результатов проверки;

создание отчёта на основе полученных результатов.

Задачи клиентской части:

приём задачи с сервера;

выполнение сравнения узлов своей проектной единицы с аналогичными узлами целой модели (с учётом допустимых погрешностей);

создание отчёта о результатах проверки и отправка его на

сервер.

Алгоритм работы программы:

серверная часть распределяет задачи между вычислительными узлами системы (клиентскими компьютерами), находящимися в локальной сети;

клиентские компьютеры принимают свои задачи и выполняют

проверку;

по окончании проверки клиентские компьютеры формируют отчёт о её результатах и отправляют на сервер;

после получения результатов проверки серверная часть устанавливает значение соответствующего флага;

после того, как значения всех флагов будут соответствовать получению результатов проверки от вычислительных узлов, серверная часть приступает к составлению общего отчёта.

Применение данного способа позволит сократить время проверки расчёта перемещений строительного объекта за счёт уменьшения вычислительной нагрузки на один компьютер.

Литература

1.Suprun A. N., Kislitsyn D. I. Distributed computing for construction project design by division into project design units //Computing in Civil and Building Engineering, Proceedings of the International Conference, 30 June - 2 July – Nottingham: Nottingham University Press, 2010.

2.Кислицын Д.И., Супрун А.Н., Хромых В.Е. Проблемы реализации

влокальной компьютерной сети метода разделения сложных строительных

40

объектов на проектные единицы // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering - Volume 10, Issue 3. - Moscow: ASV, New York: Begell House Inc., 2014.

3. Коен А. А., Кислицын Д. И. Автоматизированный контроль точности решения задачи определения НДС методом разделения строительного объекта на проектные единицы // 26-я Всероссийская научно-практическая конференция по графическим информационным технологиям и системам «КОГРАФ-2016».

Котик В.С.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

МЕТОДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ КАНТОВОЙ ВОРОНКИ В БОРНЫХ СВЕРХТЕКУЧИХ РАСПЛАВАХ

Квантовая воронка – это топологический эффект, который проявляется в сверхтекучей жидкости при её охлаждении.

Сверхтекучесть вещества - это такое состояние, при котором вещество находится в так называемом состоянии квантовой жидкости и не испытывает трения при движении.

Образование воронки происходит под действием термомеханических факторов за счет температурного градиента. Градиент температуры оказывает решающее воздействие. Разность температур достигается за счет резкого охлаждения.

Для проведения эксперимента мы наплавляли, в платиновом тигле, тонкодисперсный порошок борного ангидрида B2O3 и углекислого калия К2СО3, в соотношении: B2O3 -99,3%, К2СО3 – 0,7%, в печи при 900 С, до полного расплавления и гомогинезации. Полученный расплав выливается на твердую металлическую поверхность и застывает в виде пластинок стекла.

В дальнейшем кусочки борного стекла помещаются в кварцевый тигель и нагреваются, до 900 С. Опыт проводится в прозрачном кварцевом тигле. Прозрачность тигля создает условия для наблюдения процесса образования квантовой воронки.

После этого нагретый расплав ставим остывать за защитный экран и начинаем наблюдать процесс образования воронки.

41

В начале процесса можно наблюдать как расплав оксида бора, нагретый до температуры в 900 С начинает охлаждаться до температуры окружающей среды, в данном случае комнатной температуры.

Образование воронки происходит в несколько этапов:

1.Углубление поверхности расплава. Рис.2.

2.Деформация поверхности расплава с образованием конусной части по всей поверхности. Рис.3.

3.Образование в нижней части конуса цилиндрического углубления с одинаковым диаметром по всей высоте. Рис.4.

Установлена высокая устойчивость сверхтекучего состояния B2O3. Введение добавок в количестве нескольких процентов не влияет на

сверхтекучие свойства B2O3. Сверхтекучее состояние B2O3 малочувствительно к примесям.

Процесс охлаждения борного расплава сопровождается образованием квантовой воронки. Обращает на себя внимание не обычная топология объема расплава. При создании не заполненного пространства вытесняемы объем должен был бы подниматься по стенкам кварцевого тигля. Мениск расплава в этом случае должен был бы так же перемещаться вверх. Фактически, как показывает фотосъемка, мениск поверхности расплава не изменяет своего положения. Значительная часть внутреннего объема бесследно исчезает, без каких-либо механических воздействий. Образуется одна концентрически расположенная в расплаве воронка.

В рассматриваем случае можно говорить только о воздействии термомеханического фактора, являющегося основной причиной возникновения сверхтекучей части расплава. Термомеханический фактор включает в себя температурный градиент. Следует обратить внимание на распределение температуры. При охлаждении расплава в кварцевом тигле центральный его объем имеет более высокую температуру, по сравнению с периферийными участками. Миграция сверхтекучей части происходит, при этом, от стенок тигля к его центру. Наличие температурного градиента способствует возникновению больших механических напряжений, когда температура расплава достигает температуры размягчения и ниже.

В конечном итоге образующиеся механические напряжения разрушают с взрывом кварцевый тигель и затвердевшее борное стекло.

Визуализация процессов образования квантовой воронки позволяет определить количество изменения объёма при образовании квантовой воронки и получить характеристики кинетики процесса перехода обычного вещества в квантовое состояние.

42

Рис.1. Начало опыта. Рис.2. Углубление поверхности расплава.

Литература

1. Патент RU 2470864 C2. Борисов А.Ф., Кислицына И.А. Способ получения оксидных расплавов, обладающих признаками сверхпроводящих жидкостей, ННГАСУ, 2012г.

43

2.Патент на изобретение № 2524396. Способ получения квантовых жидкостейсверхтекучих оксидных расплавов. Авторы: Борисов А.Ф., Копосов Е.В., Буньков М.М., Забелин В.А., Кислицына И.А., ННГАСУ, 2013 г.

3.Патент на изобретение № 2540956. Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок. Авторы: Борисов А.Ф., Снегова Е.И., Забелин В.А., ННГАСУ, 2013 г.

4.Борисов А. Ф., Буньков М. М., Забелин В. А., Кислицына И. А. Сверхтекучесть оксидных расплавов. / А.Ф. Борисов, М.М. Буньков,В.А. Забелин, И.А. Кислицына// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.-строит, ун-т. - Н.Новгород, 2013. -№ 3,- С. 96-102.5

5.Борисов А. Ф., Забелин В.А. Новый класс макроскопических сверхтекучих кантовых жидкостей на основе борных оксидных расплавов/ А.Ф. Борисов, В.А. Забелин// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.-строит, ун-т. - Н.Новгород, 2015. -№ 1,- С. 75-83.

6.Борисов А. Ф., Забелин В.А., Кузнецова Е.И. Способ получения оксидных стеклообразующих расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых воронок/ А.Ф. Борисов, В.А. Забелин, Е.И. Кузнецова// Приволжский научный журнал / Нижегор. Гос. Архитектур.- строит, ун-т. - Н.Новгород, 2015. -№ 2,- С. 80-85.

Оскирко А.А., Кондрашкин О.Б., Мыльников В.В.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ УСТАЛОСТНОГО ПОВЕДЕНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ

В строительной индустрии уделяется большое внимание вопросам прочности, надежности и долговечности механического оборудования при проектировании и изготовлении металлоемких конструкций. Явление, приводящее металл к разрушению после многократного изменения его напряженного состояния называется усталостью металлов. Это разрушение идет путем прогрессивного накопления и развития повреждаемости поверхности материала, возникающего в зоне максимальных напряжений [1-3].

44

Большая длительность и высокая стоимость испытаний на усталость элементов конструкций и деталей машин требуют применения ускоренных методов прогнозирования циклической прочности и долговечности. В некоторых прикладных задачах эти методы должны обеспечивать высокую точность оценок прочности и долговечности материалов уже на ранних стадиях эксплуатации деталей и конструкций.

В ряде работ [4-6] обоснован метод оценки показателей сопротивления усталости и долговечности, использующий в качестве базового критерия для прогноза состояние поверхности материала, а точнее, количественную характеристику повреждаемости поверхностного слоя.

Воздействие нагрузки приводит к изменению структуры поверхностного слоя [7], что выражается в появлении так называемых полос скольжения. По их количеству и форме, по количеству зерен микроструктуры, поврежденных или незатронутых полосами скольжения, ряду других количественных характеристик структуры материала, можно судить о развитии процессов усталости в конструкционном материале, или о степени повреждаемости поверхности (Ф) [8-9]. Данная характеристика позволяет использовать ее в качестве критерия для оценок прочности и долговечности материалов, начиная с момента изготовления детали.

С другой стороны, процессы повреждения, происходящие в материале, отражаются на показателе сопротивления усталости, представленном в виде тангенса угла наклона левой ветви кривой усталости (tgαw). Между двумя этими характеристиками, выраженными количественно, существует прямая зависимость: с ростом повреждаемости поверхности (Ф) увеличивается tgαw, т.е. материал хуже сопротивляется циклической нагрузке [10].

Положенная в основу метода связь повреждаемости поверхности и угла наклона левой ветви кривой усталости позволяет учесть влияние наиболее важных конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов и может рассматриваться как модель усталостного поведения конструкционного материала. Для моделирования положения кривой усталости на плоскости чертежа (определение tgαw, а затем ограниченного предела усталости) используются параметры, т.е. новые характеристики, учитывающие различные факторы, которые получены в результате обработки большого объема экспериментальных данных. Воздействующие на деталь внешние факторы повлияют лишь на расположение кривой усталости в координатах «напряжение - число циклов нагружения» при сохранении характера связи между углом наклона левой ветви и повреждаемостью поверхности.

Верификация данной модели, а также определение точности получаемых оценок значительно затруднены в силу объективно присущего данному виду испытаний существенного разброса получаемых

45

экспериментальных результатов, и, как уже было указано выше, ввиду значительной стоимости и длительности проведения испытаний.

Определение доверительного интервала или области неопределенности для прогнозируемой кривой усталости с использованием модели связано с определением погрешности оценок параметров с последующим их распространением на результат моделирования - tgαw и Ф, по которым собственно и строится прогнозируемая кривая усталости.

Полученная таким образом неопределенность оценок положения кривой усталости на плоскости чертежа соответствует единственной комбинации учитываемых внешних факторов (температуры, асимметрии цикла нагружения, частоты цикла нагружения и т.д.). Варьирование этих факторов, в следствие учета неизбежного при реальной эксплуатации разброса их значений, приводит к дополнительной неопределенности оценки местоположения прогнозируемой кривой усталости, представленной в координатах «напряжение - число циклов нагружения».

Расчеты показали, что неопределенность оценок местоположения кривой усталости, связанная с процедурой оценки параметров (неопределенность собственно модели), меньше, чем неопределенность оценок местоположения, связанная с учетом возможного разброса значений действующих факторов.

Литература

1.Suresh S. Fatigue of metals. CambridgeUniversityPress. 2006. - 701 p.

2.Мак-Ивили А. Дж. Анализ аварийных разрушений: Пер. с англ. Э.М. Лазарева, И.Ю. Шкадиной / Под.ред. Л.Р. Ботвиной. М.: Техносфера, 2010.416 с.

3.Susmel L. and Taylor D. A novel formulation of the theory of critical distances to estimate lifetime of notched components in the medium-cycle fatigue regime // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2007. 30, No. 7. P. 567-581.

4.Mylnikov V.V. Accelerated method to forcast the parameters of metal materials fatigue resistance with consideration of repeated loading frequency // International Journal Of Applied And Fundamental Research. 2013. №2. – www.science-sd.com/455-24311.

5.Мыльников В.В. Прогнозирование прочности и долговечности материалов деталей машин и конструкций с учетом частоты циклического нагружения / В.В. Мыльников, Д.И. Шетулов, А.И. Пронин, Е.А. Чернышов // Известия вузов. Черная металлургия. 2012. №9. С. 32-37.

6.Shetulov D.I. Kravchenko V.N., Myl’nikov V.V. Predicting the strength and life of auto parts on the basis of fatigue strength // Russian Engineering Research. 2015. Т. 35. № 8. С. 580-583.

7.Панин В.Е. Физическаямезомеханика материалов. Том 1 / Отв. ред. С.Г. Псахье. – Томск: ТГУ, 2015. – 462 с.

46

8.Мыльников В.В. Изменение показателей сопротивления усталости некоторых металлических материалов, в зависимости от пластической деформации, протекающей в их поверхностных слоях / В.В. Мыльников, А.Д. Романов, Е.А. Чернышов, Д.И. Шетулов, М.В. Мыльникова, А.И. Пронин // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №9. С. 25-29.

9.Myl'nikov V.V., Shetulov D.I., Chernyshov E.A. Investigation into the surface damage of pure metals allowing for the cyclic loading frequency // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2013. V. 54, No 3. P. 229-233.

10.Мыльников В.В. Чернышов Е.А., Шетулов Д.И. Об оценочных критериях долговечности углеродистых сталей // Технология металлов.

2010. № 2. С. 19-22.

Осятушкин М.С.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

РАЗВИТИЕ ОПОЛЗНЕВОГО ПРОЦЕССА НА ТЕРРИТОРИИ Г. Н. НОВГОРОД

Нижний Новгород является одним из крупнейших промышленных центров Российской Федерации. Территория которого находится на слиянии крупных рек региона - Оки и Волги. Такое место расположения во многом обуславливает множественные развивающиеся экзогенные геологические процессы (ЭГП), которые на протяжении десятков и сотен лет причиняли и причиняют большой материальный ущерб городу, в связи с этим приходится постоянно бороться с развитием опасных процессов и их последствиями, строить защитные сооружения и проводить мероприятия профилактического характера.

Виды процессов на рассматриваемой территории довольно разнообразны: выветривание, денудация, овражная и речная эрозия, оползневой, карстовый, карстово-суффозионный и суффозионный процессы, обвалы, осыпи, морозное пучение, наледи, заболачивание, переработка берегов после сооружения Чебоксарского водохранилища [1].

Одним из самых опасных природных ЭГП является оползневой процесс, его опасность заключается во внезапности проявления и зачастую больших площадях развития. Подготовка этого процесса идет глубоко в земле, следовательно, не всегда проявляются признаки предстоящего оползневого смещения. Часто смещения происходят внезапно, что во

47

многих случаях приводит к авариям, человеческим жертвам и экономическому ущербу.

На территории Нижнего Новгорода оползневые процессы развиваются в нагорной части города, что обусловлено природными условиями, предопределяющими развитие этого процесса.

Густота овражно-балочной сети Нижнего Новгорода составляет 0,6 – 0,8 км/ [1].

Первые сведения об оползнях г. Н. Новгорода встречаются в летописных и архивных материалах, относящимся к XV – XVI векам. Эти оползни имели катастрофический характер [2, 3]:

– 1422 г. / или 1445 – 1495 г.г. На правом берегу р. Оки на Гремячей горе, в районе Нижегородского Благовещенского мужского монастыря, против современного Окского моста (по мнению П.И. Мельникова) произошел огромный оползень. Он разрушил в то время слободу «под старым городком», о чем в летописи сообщается следующим образом:

«И божьим изволением грех ради наших оползла гора сверху над слободою и засыпала в слободе сто пятьдесят дворов и с людьми, и со всякою скотиною»;

– 18 июня 1597 г. На правом берегу р. Волги в 1 км ниже существующего Нижегородского Вознесенского Печерского монастыря (основанного в 1328-1330 г.г.) произошел громадный оползень, разрушивший каменные монастырские церкви, кельи, сушила, погреба и прочие монастырские здания: колокольню же с колоколами совсем повалило, о чем в летописях сообщается следующим образом:

«… 18 июня 1597 г. … в третьем часу ночи, оторвавшись от матери земли оползла гора и с растущем на ней лесом вдвинулась в Волгу сажень на 50, а местами и более, вследствие чего на реке поднялось страшное волнение: стоявшие на воде под монастырем суда выбросило на берег сажень в 20 от воды и более. Когда оползень оселся, в горе образовалось множество ключей».

В настоящее время, даже не смотря на горький исторический опыт, многие откосы Нижнего Новгорода не имеют инженерных креплений, а если эта защита и присутствует, то она не отвечает мировым стандартам, местами обветшала и требует проведения ремонтных работ. Профилактические работы ведутся, а все склоны остаются в разряде оползне опасных, хоть многие расколы и деформации грунта подвергаются рассмотрению и учету, а для профилактики оползней регулярно проверяются водоотводящие сооружения. Но при сочетании неблагоприятных природных процессов, например, если осадков выпадало слишком много, а затем произошло быстрое таяние снегов, что, в свою очередь, повлекло перенасыщение грунта влагой, грунт становится очень тяжелым, что становится предпосылкой для оползневых деформаций, оползней и подвижек грунта.

48

Одними из примеров крупных оползней последних лет в Н. Новгороде являются:

–Оползень на метромосту (13.04.2012 и 22.04.2016);

–Оползень в Почаинском овраге (11.04.2012);

–Оползень на Зеленском съезде (22.04.2016)

Таким образом проявление оползневых процессов на территории города приводит к значительному социальному и материальному ущербу, а именно происходит ограничения движения общественного транспорта, а также возникновений разрушения зданий и сооружений, попавших под его воздействия, необходимость значительных материальных вложений на проектирование и строительство противооползневых сооружений на участках, подвергшихся смещению.

Для предотвращения оползневых процессов необходимо проводить инженерно-геологические исследования и мониторинг наиболее опасных участков склонов, на основании этого возводить сооружения инженерной защиты, где это необходимо. Данные меры приведут к сокращению непредвиденных расходов и возможно спасут жизни людей.

Литература

1.Зотов Д. И. Особенности развития оползневого процесса на территории Нижегородской области // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. 2014. Вып.4(13). С 55 – 59;

2.Храмцовский Н.И. Краткий очерк истории и описание Нижнего Новгорода / Н.И. Храмцовский. 3-е изд. – Н. Новгород.: Изд. «Книги»,

2005. – 608 с.

3.Карамзин Н.М. История государства Российского / Н.М. Карамзин. 5-е изд. – Санкт-Петербург.: Изд. И. Эйнерлинга, 1842.

4.Казнов С. Д. Освоение городских оврагов и склонов / С. Д. Казнов ;Моск. гос. акад. приборостроения и информатики. – Н. Новгород : Изд-во ННГАСУ, 1995. – 142 с. : ил.

49