AGRIS - 

2019

Khitrov, E.G. | Taradin, G.S. | Andronov, A.V. | Kotenev, E.V. | Pushkov, Yu.L. | [Хитров, Е.Г.] | [Тарадин, Г.С.] | [Андронов, А.В.] | [Котенев, Е.В.] | [Пушков, Ю.Л.]

The purpose of our article is developing and investigating a mathematical model of rutting and compaction of snowy virgin soil, caused by the action of forest machine rover. Theoretical basis of the study consists of theory of off-the-road locomotion. Research methods include mathematical analysis, computational experiment and approximation of the calculated data. The study compiles integral equations for calculating the rut depth and compression of snow surface under the rover influence. The equations take into account changes in mechanical properties of the snow in the compaction process. Basing to the results of approximation of numerical solution of the equations, simplified relations were obtained, allowing to determine the rut depth and snow compression as functions of the initial snow density, snow cover thickness, average contact pressure and geometric parameters of the contact patch. The study establishes that bearing capacity of snow-covered surface increases following the increasing pressure on the contact patch, which is caused by both a decrease in thickness of deformable snow layer and an increase in mechanical properties of snow during compaction, which reflects physical pattern of rutting on snow-covered surface. With a contact pressure of 50% of the bearing capacity, the rut depth will be approximately 20% of the thickness of the deformable layer, and at a pressure close to the bearing capacity – 60% of snow cover thickness. The ratio of absolute compression deformation of snow and the rut depth at the pressure of up to 10% of the bearing capacity is approximately 1:1. With an increase in the pressure up to 20% of the bearing capacity, the ratio will be 1:2, and with an increase in the pressure up to 100% of the bearing capacity, the ratio will be 1:4. [Цель статьи – разработать и исследовать математическую модель колееобразования и уплотнения снежной целины, вызванного действием движителя лесной машины. Теоретическую базу исследования составляют положения теории движения автомобильного транспорта в условиях бездорожья. Методы исследования включают в себя математический анализ, вычислительный эксперимент и аппроксимацию расчетных данных. Составлены интегральные уравнения для расчета глубины колеи и сжатия массива снежной поверхности под воздействием движителя. Уравнения составлены с учетом изменения механических свойств снега в процессе уплотнения. По результатам аппроксимации результатов численного решения предложенных уравнений получены упрощенные соотношения, позволяющие определить глубину колеи и сжатие снега как функции его начальной плотности, толщины снежного покрова, среднего давления по пятну контакта движителя с опорной поверхностью и геометрических параметров пятна контакта. Установлено, что несущая способность заснеженной опорной поверхности увеличивается вслед за возрастающим давлением по пятну контакта, что вызвано как уменьшением толщины деформируемого слоя снега, так и увеличением механических свойств снега при уплотнении, что отражает физическую картину колееобразования на заснеженной поверхности. При нормальном давлении в 50% от несущей способности глубина колеи составит ориентировочно 20% толщины деформируемого слоя опорной поверхности, а при давлении, близком к несущей способности – 60% от толщины снежного покрова. Соотношение абсолютной деформации сжатия снега и глубины колеи при давлении до 10% от несущей способности опорной поверхности составляет ориентировочно 1:1. При возрастании давления до 20% от несущей способности соотношение составит 1:2, а при повышении среднего давления до 100% от несущей способности соотношение деформации сжатия и глубины колеи составит 1:4.]

Show more [+]

Less [-]

St. Petersburg State Forest Technical University named after S.M. Kirov - Russian Federation

2019

Khitrov, E.G. | Kotenev, E.V. | Andronov, A.V. | Taradin, G.S. | Bozhbov, V.E. | [Хитров, Е.Г.] | [Котенев, Е.В.] | [Андронов, А.В.] | [Тарадин, Г.С.] | [Божбов, В.Е.]

The article devotes to studying the relationship of mechanical properties, cone index and bearing capacity of various types of cohesive soils. The material for the study are reference data and theoretical formulas for calculating the bearing capacity and mechanical properties of the soil. Research methods include computational experiment, approximation of the calculated data, the least squares method. The article uses domestic method of calculating the bearing capacity of a deformable soil layer under influence of a stamp, taking into account the layer thickness, geometry of the contact patch, cohesive properties and specific weight of the soil, deviation of stamp direction from the normal to the soil surface. According to the results of calculations, bearing capacity of cohesive soils is determined by the inner cohesion and angle of internal friction and expresses by a power equation regardless of the cohesive soil type. At the second stage, the study makes comparison of the deformation modulus and the cone index of cohesive soil with its cohesive properties and bearing capacity. The values of deformation modulus, shear modulus, inner cohesion and angle of internal friction obtained for soils of different porosity and consistency, depending on the soil type. The values of the cone index are determined by theoretical solution of the problem of penetration of conical indenter into half-space. It has been established that calculated value of bearing capacity of clay, loam, sandy loam, forest and marshy soil is associated with the deformation modulus also by power dependence, the coefficients of which depend on the type of soil. The calculated value of bearing capacity of clay, loam, sandy loam, forest and marshy soil can be obtained by the cone index, which is determined by sounding, also using a power equation, the coefficients of which are determined by the type of cohesive soil. [Статья посвящена выявлению взаимосвязей физико-механических свойств, конусного индекса и несущей способности различных типов связных грунтов и почвогрунтов. Материалом для исследования служат справочные данные и теоретические формулы для расчета несущей способности и физико-механических свойств грунта. Методы исследования – вычислительный эксперимент, аппроксимация расчетных данных, метод наименьших квадратов. Использована отечественная методика расчета несущей способности деформируемого массива грунта, находящегося под воздействием штампа, учитывающая мощность слоя, геометрию пятна контакта, сцепные свойства и удельный вес грунта, отклонение направления воздействия штампа от нормали к поверхности грунта. Согласно результатам расчетов несущая способность связного грунта определяется удельным сцеплением и углом внутреннего трения и выражается степенным уравнением независимо от типа связного грунта. На втором этапе исследования проведено сопоставление модуля деформации и конусного индекса связного грунта со сцепными его свойствами и несущей способностью. Значения модуля деформации, модуля сдвига, удельного сцепления и угла внутреннего трения получены расчетным путем для грунтов различной пористости и консистенции в зависимости от типа грунта. Значения конусного индекса определены по теоретическому решению задачи о вдавливании конического индентора в полупространство. Установлено, что расчетное значение несущей способности глины, суглинка, супеси, лесного и заболоченного почвогрунтов связано с модулем деформации также степенной зависимостью, коэффициенты которой зависят от типа грунта. Расчетное значение несущей способности глины, суглинка, супеси, лесного и заболоченного почвогрунтов можно получить по конусному индексу, который определяется зондированием, а также при помощи степенного уравнения, коэффициенты которого определяются типом связного грунта.]

Show more [+]

Less [-]

St. Petersburg State Forest Technical University named after S.M. Kirov - Russian Federation