УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ПОЧВЫ (ГРУНТА)

Полезная модель относится к измерительной технике, предназначается для использования в оборудовании, применяемом при исследовании физико-механических свойств почвы (грунтов).
В настоящее время одним из перспективных методов расчета напряженного состояния тел, в том числе и почвы, является метод конечных элементов (МКЭ). При динамическом нагружении, почву, как объект обработки, условно можно считать линейно-деформируемой средой, которая в математической модели отображается и коэффициентом Пуассона µ.
Коэффициент Пуассона представляет соотношение продольных и поперечных деформаций. В частности, при определении коэффициента Пуассона металла, на образце наклеиваются тензодатчики, с помощью которых замеряют продольную и поперечную деформации.
При испытании грунтов в стабилометрах определяют модули линейной и объемной деформации грунта [Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс). 2-е изд., доп. Учеб. для вузов. - М.: «Высшая школа», 1973, стр. 56.].
Коэффициент относительной поперечной деформации, аналогичный коэффициенту Пуассона, равен
,
где µ -коэффициент Пуассона;
об
E - модуль объемной деформации;
o
E - модуль линейной деформации.
Использовании стабилометра только лишь для определения коэффициента Пуассона является неэффективным.
В механике грунтов известны также устройства для прямого среза, простого сдвига и кольцевого среза, оценивающие прочность грунтов по их сопротивлениям касательным напряжениям.
Прототипом данной модели следует считать устройство простого сдвига, к которому относится прибор конструкции Норвежского института геотехники [Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса [Текст]: монография / Г.Г. Болдырев. - Пенза: ПГУАС, 2008. - стр. 312].
К недостаткам данной конструкции следует отнести сложность устройства и невозможность проводить эксперимент в полевых условиях.
Техническим результатом данной модели является упрощение конструкции и возможность проводит исследования в полевых условиях.
Поставленный результат достигается тем, что измерительная часть представлена оптическими датчиками, размещенными на панели, прикрепленной к боковине, которая шарнирно связана с корпусом силовой части, в состав которой входит поршень, опирающийся на роликовые опоры, и приходящий в движение с помощью механизма нагружения, состав которого входит болтовое соединение и индикаторный динамометр.
Оптические датчики 1 измерительной части размещены на панели 2 (рис. 1), прикрепленной к боковине 3, которая шарнирно связана с корпусом силовой части, в состав которой входит поршень 4, опирающийся на роликовые опоры 5, и приходящий в движение с помощью механизма нагружения, в состав которого входит болтовое соединение 6 (рис. 2) и индикаторный динамометр 7. В качестве оптических датчиков используются компьютерные мыши с высокой степенью разрешения, которые фиксируют перемещения ряда узловых точек по вертикали и горизонтали. Для работы компьютерных мышей в качестве оптических датчиков разработана программа [Свидетельство о государственной регистрации программы на ЭВМ №2011613827. MauseLoger [Текст] / Хадаркевич И.М., Чемисов Н.Н., Старовойтов С.И., Лапик В.П.: Опубл. 11.05.2010].
Для проведения исследований подготавливается почвенный параллелепипед определенного размера ненарушенной структуры. Размещают стенд, предварительно открыв подвижную боковину. Зафиксировав между собой обе боковины, проделывают в почвенном массиве 4 сквозных отверстия, в которых размещаются стальные стержни 8 (рис. 3) с наклеенными на боковой поверхности фрагментами коврика компьютерной мыши 9. Все регистрируемые сигналы в режиме реального времени оцифровываются и записываются на жесткий диск компьютера в виде числовых массивов. Полученные массивы могут быть переданы на обработку в статистические пакеты.
Коэффициент Пуассона определяется с помощью выражения
,
i
где ν - перемещения анализируемых узловых точек по вертикали;
i
u - перемещения анализируемых узловых точек по горизонтали.
Технический результат устройства обеспечивает наличие отличительных признаков от прототипа, что соответствует критерию «новизна».