СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛЬНОЙ СРЕДЫ В УСЛОВИЯХ ФИКСИРОВАННОГО ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
METHOD OF DETERMINING MECHANICAL PARAMETERS OF MATERIAL MEDIUM IN FIXED EXTERNAL ACTION CONDITIONS

3
2
2
Изобретение относится к области «физика материального взаимодействия» и позволяет выражать известные механические параметры материальной среды через универсальные физические величины, присущие всем материальным средам с нарушенной структурой и различающиеся по величине в зависимости от температуры T(°C), плотности ρ (кг/см), ускорения гравитационного притяжения (g, м/с) и движения материального тела (α, м/с), светового излучения и радиоактивности, электрического и магнитного воздействия.
2
2
2
Известен способ определения механических параметров жидкой, газовой и вязкой материальной среды - напряжения ее внутреннего трения  (кГ/см) (закон Ньютона), где (dv/dl) - градиент скорости материальной среды, dv - изменение скорости течения при удалении на расстояние dl от поверхности слоя среды в перпендикулярном к нему направлении, текучести среды  кинематической вязкости  (м/с), где ρ - плотность среды, через коэффициент внутреннего трения (коэффициент динамической вязкости) η (Па·с) среды, а вязких твердых тел - через показатель ударной вязкости ε (Дж/м), определяющим свойство материальной среды необратимо поглощать энергию при пластическом деформировании [1].
Через физический параметр вязкости материальной среды невозможно определение никаких ее других механических параметров, кроме кинематической вязкости, текучести и напряжения внутреннего трения τ среды. Показатель η вязкости среды не является универсальной физической величиной, определяющей другие известные механические параметры материальной среды.
2
2
2
стр
Известен способ определения механических параметров прочности структурированной твердой практически несжимаемой (безпористой) материальной среды металлов и бетона - тангенциального напряжения сдвига  (кГ/см) (закон Ш. Кулона-Мора), находящейся в предельном напряженно-деформированном состоянии под давлением p (кГ/см) и характеризующейся через угол  внутреннего трения и удельное сцепление c (кГ/см) [2].
Экспериментальные исследования упруго-вязко-пластичных металлов и хрупких металлов и бетона свидетельствуют о минимальном значении угла  внутреннего трения у первой и удельного сцепления у второй группы материальных твердых сред, что заставляет обращаться к другим характеристическим механическим параметрам - твердости HB по Бринелю, HM - по Мейеру, HRC - по Роквеллу (шкала C), HV - по Виккерсу.
Известен способ определения механических параметров пористых упруго-вязко-пластичных грунтовых и упруго-эластичных торфяных структурированных материальных сред - тангенциального напряжения сдвига  (закон Ш. Кулона-Мора) в предельном состоянии, начального (первого) критического давления:
стр
3
где γ - удельный вес (кГ/см) структурированной среды, предельного давления для грунтовых массивов:
стр
2
(по Прандтлю-Рейснеру), через механические параметры грунтовой среды - угол  внутреннего трения и удельное сцепление c (кГ/см) структурированной среды [3].
стр
стр
Параметры прочности среды - угол  и удельное сцепление c считают механическими, присущими связным компрессионным сжимаемым (пористым) грунтовым средам. При этом большинство механических параметров фунтовой среды не выражаются через параметры прочности  и c, кроме критических для фунтов сжимающих давлений  и .
3
2
2
2
стр
н
Технический результат по способу определения механических параметров нарушенной материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия заключается в том, что фиксируют температуру T (°C), плотность ρ (кГ/см), ускорение гравитационного притяжения (g, м/с) и движение материального тела (α, м/с), световое излучение и радиоактивность, электрическое и магнитное воздействие, устанавливают требуемый механический параметр материальной среды с учетом влияния физических определяющих параметров внешнего воздействия, определяют угол внутреннего трения , и удельное сцепление c (кГ/см) структурированной (природной) среды достигается тем, что параметры угла внутреннего трения  и удельное сцепление cнарушенной среды определяют в фиксированных условиях внешнего воздействия, используя выражения
н
стр
а механические параметры материальной среды, используя фиксированные параметры  и c,  и c в заданных условиях внешнего воздействия.
стр
стр
2
Пример реализации способа. Грунтовая материальная среда - суглинок характеризуется углом внутреннего трения φ=33°, удельным сцеплением c=0,1678 (кГ/см) на глубине h=120 см грунтового массива. Определим механические параметры суглинка.
1. Угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии на глубине h равен:
2. Удельное сцепление суглинка в нарушенном состоянии:
3. Удельный вес суглинка на глубине h равен:
4. Гравитационное (бытовое) давление на глубине h равно:
5. Коэффициент Пуассона суглинка
а) в массиве на глубине h равен:
б) в стенках отрытой выработки на глубину h равен:
в) в условиях компрессионного сжатия:
6. Начальное (первое) критическое давление под штампом в лабораторном приборе в условиях компрессионного сжатия суглинка:
7. Начальное (первое) критическое давление в массиве в условиях компрессионного сжатия суглинка:
8. Начальное (первое) критическое давление в условиях одноосного сжатия образца суглинка:
9. Начальное (первое) критическое давление под штампом на поверхности полупространства:
10. Начальное (первое) критическое давление под штампом на дне вертикальной выработки:
Предлагаемый способ определения механических параметров материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия впервые позволяет однозначно характеризовать материальную среду через параметры прочности среды, находящейся в структурированном или нарушенном состоянии.
Источники информации
1. Политехнический словарь / Гл. ред. И.И. Артоболевский. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - С. 95 (вязкость), 519 (ударная вязкость).
2. Тейлор Д. Основы механики грунтов / Под общей редакцией Цытовича Н.А. - М.: Гос. изд-во литер-ры по строительству, архитектуре и строит. материалам, 1960. - С. 275-277.
3. Цытович Н.А. Механика грунтов (Краткий курс): Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М.: Высш. школа, 1979. - С. 41-50, 109-113, 117-131.