Диссертация (1151746), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Действующая нагрузка и граничные условия считаются известными. Для отдельных тканевых оболочек удается составить простые геометрическиесоотношения, при этом, как правило, уравнения равновесия удается свести к интегральному виду по отношению к внутренним усилиям. Дальнейший расчет удобнеевести численно, с использованием программного обеспечения.4.2. Обоснование геометрических размеров геотекстильных контейнеровАнализ методов расчета тканевых оболочек в виде длинных заторцованныхрукавов (трубопроводов) [147, 149, 151] выявил их существенные недостатки, заключающиеся в том, что они не учитывают модель материала, геометрические параметры, получающиеся из интегрирования уравнения равновесия для конечногодеформированного состояния; работы, где бы учитывались нелинейные физическиесоотношения для анизотропных материалов, отсутствуют [100]. Нам неизвестнытакже работы для тканевых оболочек в виде цилиндрических рукавов, где бы рассматривались одновременно нелинейные физические соотношения и вес тканевогополотна.
Устарела технология изготовления оболочек из тканевых материалов,предложенная в пятидесятые годы конструктором-изобретателем И.И. Величко/ВНИИГиМ/ [21]. Выпускаемые оболочки, как показывает опыт их эксплуатации[18, 46, 67, 177], разрушаются по клеевому или прошитому шву даже при давленииA; — 10 кПа. Водохозяйственные организации заинтересованы в плоскосворачивае-мых оболочках, работающих при давлении A;10 кПа и более, при сроке их экс-плуатации до 8…10 лет. При этом целесообразно иметь широкий типоразмер плоскосворачиваемых оболочек.На рисунке 4.1 показана полученная численными методами, с использованиемимитационной математической модели, картина изменения напряженно – деформированного состояния плоскосворачиваемой оболочки с условным диаметром d = 300мм.
Из рисунка 4.1 следует важное заключение, что при существующей технологииизготовления оболочки не могут обеспечивать эксплуатационное давление 100 кПа104из-за больших напряжений. В связи с целесообразностью разработки бесшовныхоболочек различных диаметров и на различные эксплуатационные давления, для ихизготовления целесообразно использовать разнообразные типы тканей, которые могут иметь различные физические характеристики.Рисунок 4.1. Изменение напряженно-деформированного состояниятканевой оболочки с раскройным диаметром D0 = 0,300 мРанее профессором В.А.
Волосухиным [32, 36, 40] получены аналитическиезависимости, позволяющие решить широкий круг вопросов, возникающих при эксплуатации плоскоразворачиваемых оболочек, которые имеют вид:Jf" ˜ N! ™ N!#šff"f(4.9);(4.10);(4.11)KLM N" ˜ N! ™ N!#•jf`ž;›`N/"!˜ N! ™ N!#Mab NR ˜ N! ™ N!#16›` N∙˜(4.12);N!" ˜ N! ™ N!#;(4.13)105„-!G -!+ -,G -,;A;\;‰/"‰R‰R\;‰/"\;` N!„˜ N! J ›XJMab N∙Mab ¡!`` N!]¡˜ N! J ›` N!"™ N!R ˜ N! ™ N!#`"™ N! " J ;,Ÿ›` N!•" ˜ N! ™ N!#"™ N! " J ;,Ÿ›` N!•J KLM N;(4.14);N,‰/R! ™ N,‰/R!#;N,‰/R! ™ N,‰/R!#;(4.15)(4.16)X1 6 sin - ∙ sin *!" c*;‰/R\;f`˜ N! J ›fгде}‰/R¢; ;XJ]¡Mab N∙Mab ¡!`;X1 6 sin - ∙ sin *!" c*;¢; ∙ 5 – избыточное давление в плоскосворачиваемой оболочке, кПа;Н – высота оболочки, м;В – ширина оболочки в плане, м;А – площадь сечения оболочки, м;Т – усилие в оболочке, кН/м.Исключая из зависимостей (4.9) – (4.16) модулярный угол θ, как промежуточную переменную, получаем зависимости геометрических параметров от безразмерного усилия 4/ 5B" ! (рис.
4.2), например:f£•¤¥`",¦$•£¤¥`;.;,"§k0,998 © 0,014.(4.17)В качестве переменной можно принять отношение высоты оболочки к его ширине (рис. 4.3), которые легко замеряются в полевых условиях. В качестве переменной может быть принято и; /B,fтогда, например, для высоты оболочки имеем [33]:ª¥ª;,$J$¥;,R«J,f¬ 0,25.(4.18)В таблице 4.1 приведены безразмерные силовые и геометрические параметрытканевых оболочек [33], позволяющие принять в качестве переменной любую из нихили ее производную, например}}-®¯;š]; , где d – условный диаметр оболочки.]106Рисунок 4.2. График регрессионных зависимостей для расчетамелиоративных плоскосворачиваемых трубопроводов107Рисунок 4.3. Графики функций параметров плоскосворачиваемоготрубопровода в зависимости от отношения его высоты к ширине108Таблица 4.1.
– Значения безразмерных параметров для расчетаплоскосворачиваемых тканевых трубопроводовПроведенные теоретические исследования (табл. 4.1) позволили создать базудля совершенствования расчета параметров тканевых оболочек.Используя обобщенные зависимости теории тканевых оболочек [28, 29, 33, 35, 36],получаем следующие уравнения для геотекстильного контейнера:где (J -, ,!(" -, ,!J"° 2 6 1±²" -!)*∙ (J -, ,!,∙ (" -, ,!,-! 6 + -, ,!# 6 2 G -! 6 G -, ,!#³,X1 6 1±²" - ∙ 1±²" ,+ -, ,!, G -, ,! – эллиптические интегралы первого и второго рода;-!+ -, 90° !, G -!и второго рода;(4.19)(4.20)(4.21)G -, 90° ! – полные эллиптические интегралы первогоθ – модульный угол эллиптических интегралов;Из ранее приведенных зависимостей получаем расчетные геометрические параметры геотекстильных контейнеров [37]:BH1092-! 6 G -!# – периметр контейнера, м;L6 высота, м;2 K θ! 6 E θ!#∙ ($ -!2 6 1±²" -!нера к основанию в плане, м;y∙"∙ (Ÿ -!"(4.22)-! 6 2G -!# – длина прилегания контей-2 6 1±²" -!геотекстильного контейнера, м2-! 6 2G -!# – площадь сечения(4.23)(4.24)(4.25)В, С – длина и соответственно ширина, зависящие от объема контейнера.К недостаткам указанных выражений (4.19) – (4.25), как зачастую отмечаетсяв инженерных работах, относится то, что зависимости требуют наличия таблиц полных эллиптических интегралов с достаточно полным разбиением по модулярномууглу θ [10, 35, 145].Эллиптические интегралы можно представить через логарифмические функции.
В принятых нами обозначениях, разработанных К.Н. Анахаевым выражениядля полных эллиптических интегралов, имеют вид [8, 9]:-!G -!‰"vb KLM Nvb ;,$Ÿ J ;," KLM N!#;ln XÀ ‰ 6 À ‰ 6 À " !1±²" -.(4.26)(4.27)Пользуясь логарифмическими функциями, получаем зависимости геометрических параметров геотекстильных контейнеров, представленные ниже.Приведем пример зависимостей периметра L и площади сечения y через лога-рифмические функции:B2 ly‰""vb KLM Nvb ;,$Ÿ J ;," KLM N!#) 2 6 1±²" -! ÁF26 ln XÀ ‰ 6 À ‰ 6 À " !1±²" -x;ln cos Âln 0,35 1 6 0,2 cos -!#6 2 ln XÀ ‰ 6 À ‰ 6 À " !1±²" -Ã(4.28)(4.29)Анализ конструкций и имеющихся схем геотекстильных фильтрационныхконтейнеров для обезвоживания донных отложений позволил нам разработатьпринципиально новую схему, в соответствии с полученными методиками расчета.110Рисунок 4.4.
Расчетная схема геотекстильного контейнераН – максимальная высота геотекстильного контейнера; H1 – высота заполнения контейнера; H11– высота центра ребра контейнера; h – рабочая высота контейнера; А – ширина прилеганияконтейнера в плане;Представленная на рисунке 4.4 расчетная схема наглядно показывает геометрические параметры геотекстильного контейнера.4.3. Физические параметры геотестильных контейнеровАналогично расчетам геометрических параметров в п. 3.2.2. находим усилие вгеотекстильном контейнере:4jf` ›`NR ˜ N! ™ N!#!`,(4.30)заменяем эллиптические интегралы логарифмическими функциями:4"∙ (k -!JR"51±²" -.(4.31)При эксплуатации геотекстильных контейнеров, немаловажным параметромявляется процент его заполнения, т.к. в зависимости от степени заполнения контейнера изменяются его геометрические и физические характеристики.Основным показателем изменения степени заполнения является модулярныйугол эллиптических интегралов θ, от которого зависят параметры контейнеров.
В111таблице 4.2 представлены изменения параметров геотекстильных контейнеров в зависимости от заполнения и указаны изменения геометрических параметров [39].Таблица 4.2. – Изменения параметров геотекстильных контейнеровв зависимости от степени их заполненияСтепеньУсилие,Высота, Периметр, Площадьθ, градзаполнения, %Т, кН/мН, мL, мсечения, ω, м261,48815,272,3818,516,7972,08526,212,9718,519,7481,98044,623,5518,522,4188,97566,763,9718,524,3393,07093,564,2818,525,4496,960174,244,8218,526,50Незаполненный контейнер в статическом состоянии имеет следующие параметры: ширина сторон в зависимости от периметра рукава может быть от 5 до 14 м,а масса будет зависеть от материала, применяемого, для производства контейнера.При заполнении геотекстильного контейнера пульпой наступает момент, когда исходные параметры начинают изменяться.
Из таблицы 4.2 видно, что усилие (Т= 15,27 кН/м) в контейнере начинает создаваться при его заполнении на 61,40 %.При этом площадь сечения равна ω = 16,79 м2, высота Н = 2,38 м, периметр L = 18,5м.Анализируя полученные значения, находим, что необходимо продолжить заполнение контейнера, т.к. полученные значения не влияют на состояние исходногоматериала. Например, если заполнить геотекстильный контейнер на 96,9 %, периметр останется прежним, площадь сечения будет равна ω = 26,5 м2, высота Н = 4,82м, усилие в этом случае составит Т = 174,24 кН/м. При таком усилии материал геотекстильного контейнера начнет разрушаться, а это значит, что заполнение до указанного выше уровня недопустимо.Рассматривая изменения параметров геотекстильных контейнеров при заполнении, приведенные в таблице 4.2, находим, что оптимальным для работы контей-112нера будет его заполнение на 80 %, при этом усилие будет равно Т = 44,62 кН/м и неповлияет на физико-механические характеристики материала контейнера, которыйбудет работать в оптимальном режиме.Анализ зависимости параметров от наполнения позволяет выбрать нам болееподходящий материал для изготовления геотекстильных контейнеров.
Определяющим параметром является напряжение, создаваемое в контейнере, следовательно,необходимо выбирать материал, выдерживающий оказываемые на него усилия наразных стадиях заполнения. Предельной должна быть такая нагрузка, после которойматериал после деформации возвращался бы в исходное состояние.Объем геотекстильного контейнера.При проектировании геотекстильных контейнеров определяющим параметромявляется объем донных отложений, который необходимо достать из-под воды впроцессе очистных работ. Затем в зависимости от объема донных отложений подбираются остальные геометрические и физические параметры, включая материал и егохарактеристики.Объем V геотекстильного контейнера вычисляется довольно просто:y∙ ;(4.32)где ω – площадь сечения контейнера;B – длина контейнера.Пользуясь обобщенными зависимостями теории тканевых оболочек, получаем:y∙"2 6 1±²" -!-! 6 2G -!# ∙ ;(4.33)Представим указанное уравнение через логарифмические функции:"Ä 2 6 1±²" -! l "‰vb KLM Nvb ;,$Ÿ J ;," KLM N!#x662 ln XÀ ‰ 6 À ‰ 6 À " !1±²" -Å ∙ .(4.34)4.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
