Учредители
• Институт машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук
• Московский государственный индустриальный
университет
Издатель
Московский государственный индустриальный
университет
Журнал зарегистрирован 30 декабря 2004 г.
Федеральной службой по надзору за соблюдением
законодательства в сфере массовых коммуникаций
и охране культурного наследия
Свидетельство о регистрации ПИ ¹ ФС 77-19294
РЕДКОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Ганиев Р.Ф., академик РАН, директор Института
машиноведения им. А.А. Благонравова Российской
академии наук (ИМАШ) РАН
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
Скопинский Â.Í., ä.ò.í., профессор (ÌÃÈÓ)
ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Баранов Þ.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÈÌÀØ ÐÀÍ)
Овчинников Â.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÓÏ «ÐÑÊ ÌÈû)
ЧЛЕНЫ РЕДКОЛЛЕГИИ
Алешин Í.Ï., академик ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. )
Асташев Â.Ê., ä.ò.í., ïðîô.
Беляков Ã.Ï., ä.ý.í., ïðîô.
Бобровницкий Þ.È., ä.ô.-ì.í., ïðîô.
Вайсберг Ë.À., ä.ò.í., ïðîô.
Горкунов Ý.Ñ., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Григорян Â.À., ä.ò.í., ïðîô.
Дроздов Þ.Í., ä.ò.í., ïðîô.
Индейцев Ä.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîô.
Колесников À.Ã., ä.ò.í., ïðîô.
Кошелев Î.Ñ., ä.ò.í., ïðîô.
Лунев À.Í., ä.ò.í., ïðîô.
Махутов Í.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Пановко Ã.ß., ä.ò.í., ïðîô.
Перминов Ì.Ä., ä.ò.í., ïðîô.
Петров À.Ï., ä.ò.í., ïðîô.
Полилов À.Í., ä.ò.í., ïðîô.
Поникаров Ñ.È., ä.ò.í., ïðîô.
Приходько Â.Ì., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Резчиков À.Ô., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Рототаев Ä.À., ä.ò.í., ïðîô., àêàä. РА РАН
Теряев Å.Ä., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Федоров Ì.Ï., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Чаплыгин Þ.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô.
Шляпин À.Ä., ä.ò.í, ïðîô.
Штриков Á.Ë., ä.ò.í., ïðîô.
Уважаемые читатели!
Журнал «Машиностроение
и инженерное образование» входит
в Перечень ведущих рецензируемых
научных журналов и изданий,
в которых должны быть
опубликованы основные научные
результаты диссертаций на
соискание ученых степеней доктора
или кандидата наук.
© ГОУ ÌÃÈÓ, 2010
МАШИНОСТРОЕНИЕ
И ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
¹ 4`2010
Выходит 4 раза в год
В номере
МАШИНЫ И СИСТЕМЫ МАШИН
Вольская Í. Ñ., Ширяев Ê. Í.
Влияние цикличности нагружения грунта на его физико-механические
свойства в расчетах на проходимость колесных ìàøèí.................................2
Чичекин È. Â., Левенков ß. Þ.
Разработка динамических моделей колесных машин для анализа
их проходимости .......................................................................................9
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Агейкин ß. Ñ., Вольская Í. Ñ.
Определение параметров системы «шина – грунт»
при проведении расчетов на проходимость колесной машины ....................18
Козляков Â. Â. , Соколовский Ð. È.
Термодинамическая модель двигателя Стирлинга схемы Альфа ..................22
Хейло Ñ. Â.
Решение задачи кинематики сферического манипулятора
параллельной структуры ..........................................................................29
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Алехин Î. Â., Алехин Â. Ï.
Закономерности деформационного старения поверхностных слоев
армко-железа ..........................................................................................34
Овчинников Â. Â., Якутина Ñ. Â., Козлов Ä. À., Немов À. Ñ.
Влияние имплантирования ионов меди и свинца на свойства
стали 30ÕÃÑÍ2À.......................................................................................38
Авраамов Þ. Ñ., Кравченков À. Í., Кравченкова È. À., Шляпин À. Ä.
Механические и антифрикционные свойства сплавов Fe-Cu-Pb-Sn-Zn,
полученных методом контактного легирования ..........................................47
Авраамов Þ. Ñ., Кравченков À. Í., Кравченкова È. À., Шляпин À. Ä.
Микроструктура и фазовый состав сплавов Fe-Cu-Pb-Sn-Zn,
полученных методом контактного легирования ..........................................52
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАШИН И СИСТЕМ
Скопинский Â. Í., Берков Í. À., Емельянова À. Ä.
Упругопластический расчет сосуда с патрубком при нагружении
изгибающим ìîìåíòîì............................................................................56
Волкова Ë. Þ., Лупехина È. Â., Пановко Ã. ß., Яцун Ñ. Ô.
Исследование динамики вибрационного инструмента
при его взаимодействии с обрабатываемой средой ...................................63
Алексанов Å. À., Алексеев Ê. Á., Шадян À. Â.
К вопросу идентификации тензора моментов инерции КА в полете ..............73
ПРОБЛЕМЫ ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Юрасов À. Á., Третьяков Ð. Ì.
Технологический маршрут создания унифицированных информационных
ресурсов для систем дистанционного образования ....................................79
Косякин Þ. Â., Онанко Í. À., Хомяков Ñ. Ì.
Создание структуры информационных ресурсов для дистанционного
образования ...........................................................................................85
Перечень статей, опубликованных в журнале «Машиностроение
и инженерное образование» в 2010 ã. .......................................................90
1
ISSN 1815-1051
Стр.1
МАШИНЫ И СИСТЕМЫ МАШИН
Í. Ñ. Âîëüñêàÿ, Ê. Í. Ширяев
УДК 629.1.073
ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧНОСТИ НАГРУЖЕНИЯ
ГРУНТА НА ЕГО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА В РАСЧЕТАХ
НА ПРОХОДИМОСТЬ КОЛЕСНЫХ МАШИН
Í. Ñ. Âîëüñêàÿ, Ê. Í. Ширяев
Разработана методика оценки степени изменения плотности верхнего слоя грунта в
зависимости от числа циклов нагружения. По изменяющимся в процессе испытаний
значениям плотности можно рассчитать механические параметры грунта и
определить опорно-тяговые характеристики колесного движителя полноприводных
колесных машин.
Ключевые слова: колесная машина, число проходов, плотность грунта,
глубина колеи, динамический коэффициент, плотность скелета грунта, физикомеханические
характеристики грунта.
Введение
При оценке проходимости многоосных колесных
машин проводятся расчеты с целью
определения их опорно-тяговых характеристик.
При этом для каждого колеса всех осей машины
необходимо решать основную задачу – определять
взаимные деформации шины и грунта.
Результаты решения этой задачи в большой степени
зависят от типа и физического состояния
грунта. При последовательных проходах колес
осей многоосного автомобиля «след в след»
грунт уплотняется и его деформативные свойства
изменяются. Поэтому необходимо разработать
методику, позволяющую оценить изменение
физического и механического состояний
грунта от числа нагружений (проходов).
При движении даже одиночной двухосной
колесной машины также характерно циклическое
нагружение грунта в колее за счет последовательного
прохода колес осей этого транспортного
средства. Рассматриваемая проблема
осложняется тем, что грунты, по которым движутся
колесные машины высокой проходимости,
различны по своему гранулометрическому
2
составу и физическому состоянию.
Вопросы циклического нагружения в механике
грунтов [1] изучены достаточно подробно.
Однако результаты этих исследований
в первую очередь касаются грунтовых масс, не
образующих верхний слой земной поверхности.
На глубине более двух метров грунт находится
в более стабильном и прогнозируемом по механическим
свойствам состоянии.
К вышеперечисленным затруднениям, возникающим
при оценке механического состояния
грунта под каждым из колес автомобиля,
необходимо добавить, что модель циклического
(повторного) нагружения верхнего слоя грунта
должна учитывать не только число циклов нагружения,
но и особенности напряженного состояния
грунта каждого цикла, т.е. отражать
предисторию нагружения.
Влияние типа грунта на его
механические параметры
при циклическом нагружении
При последовательных нагружениях грунта
происходит изменение его физического со©
Í. Ñ. Âîëüñêàÿ, Ê. Í. Øèðÿåâ, 2010
Стр.2
МАШИНЫ И СИСТЕМЫ МАШИН
Влияние цикличности нагружения грунта на его физико-механические
свойства в расчетах на проходимость колесных машин
Для связных грунтов выделяют следующие
граничные значения влажности [1], характеризующей
их состояние: Wт
нице текучести; Wр
пление c0, толщина мягкого слоя Hг
– влажность на гра–
влажность на границе раскатывания;
Wп – число пластичности.
Известно, что песчаные и связные грунты при
многократном воздействии на них ведут себя
по-разному. Угол внутреннего трения песка
в основном зависит от четырех составляющих:
,
ственно, степень уплотнения, форму и шероховатость,
размер частиц и их однородность.
Циклические деформации грунта приводят
к изменению углов ϕ1
где ϕ1
, ϕ2
, ϕ3
, ϕ4
более 18% от начального значения этих углов
при переходе из совершенно рыхлого состояния
в слежавшееся и из однородного в неоднородное.
и
ϕ4
Для влагонасыщенных песков благодаря
их хорошей фильтрационной способности при
нагружении наблюдается значительный отток
жидкости. Это может привести к изменению
внутреннего сцепления c0
в грунте (увеличению
до 5% или уменьшению до 55% от первоначального
значения).
Связные грунты, обладая низкой водопроницаемостью
и значительными межмолекулярными
и силовыми связями между частичкам
грунта, имеют более сложный характер нагружения
при циклическом воздействии. У них
наблюдается более сильная связь внутреннего
сцепления с влажностью.
Из механики грунтов известно, что:
,
где k – коэффициент пропорциональности; W –
влажность грунта.
Параметры k и W определяются экспериментально.
При
циклическом нагружении для большинства
связных грунтов характерны структурные
изменения с переориентацией микроструктуры,
что приводит к снижению внутреннего сцепления
и росту угла внутреннего трения.
Результаты экспериментов [2] показывают,
что зависимость внутреннего сцепления
от числа циклов нагружения более сложна.
;
x = 1 при
x = –0,1 при
где ϕ0
деформации, зависящий от числа нагружений;
ϕ1
n – номер прохода; x – параметр, характеризующий
направленность процесса; τn
зависящее от числа нагружений; En
, E1
числа нагружений; c0
, c01
эффициенты, зависящие от типа почвогрунта.
Средние значения коэффициентов, входящих
в зависимости (1), приведены в [2] для грунтов
типа песок, задернованная супесь и задернованный
суглинок.
напряжение при n-м цикле нагружения; τmax
, αω
напряжений в n-ì öèêëå; τmax n
, cΩ
, kE
максимальное напряжение при первом цикле
нагружения; αΩ
– эмпирические ко3
–
определены в первом цикле;
– уровень
– максимальное
–
;
,
– угол внутреннего трения, зависящий от
– внутреннее сцепление,
– модуль
;
, что составляет не
– углы, отражающие, соответстояния:
плотности ρ и влажности W, а следовательно,
механических свойств, характеризуемых
такими параметрами, как модуль деформации E,
угол внутреннего трения ϕ0
, внутреннее сце.
С
ростом циклов нагружения сначала наблюдается
повышение внутреннего сцепления c0
,
а затем, в связи с разрушением дерна и структуры,
монотонное снижение. Угол внутреннего
трения монотонно возрастает.
Сложность изучаемого процесса циклического
нагружения усугубляется изменением
контактной (продольной) нагрузки в каждом последующем
цикле. Для глинистых грунтов внутреннее
сцепление с ростом амплитуды сдвиговых
колебаний снижается гиперболически,
а угол внутреннего трения возрастает линейно.
Мгновенное или кратковременное приложение
сдвигающей нагрузки не влияет на степень ориентации
частиц грунта. Переориентация происходит
при длительной деформации грунта.
Методики определения
механических параметров грунта
с учетом числа нагружений
Для приблизительного определения механических
параметров грунта в зависимости от цикличности
нагружения В.В. Сапожниковым [2]
получены следующие выражения:
(1)
Стр.3