Экспериментальное и теоретическое изучение поведения грунтовых сред при ударном сжатии деформируемыми телами тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. И. ЛОБАЧЕВСКОГО

На правах рукописи

ГРУШЕВСКИЙ Григорий Михайлович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ГРУНТОВЫХ СРЕД ПРИ УДАРНОМ СЖАТИИ ДЕФОРМИРУЕМЫМИ ТЕЛАМИ

Специальность 01.02.04— механика деформируемого твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НИЖНИЙ НОВГОРОД 1993

Работа выполнена в научно-исследовательском институте механики при Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н. И. Лобачевского.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор В. Г. Баженов,

кандидат физико-математических наук, с. н. с. А. М. Врагов.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор 10. Г. Коротких, . . кандидат технических наук В. В. Викторов. ........

Ведущая организация—Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики.

Защита состоится <о(/Ь > ^^ 1993 г. в ча-

сов на заседании специализированного совета К 063.77.10 при Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н. И. Лобачевского (603600, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета.

/С/ . ¿¿'

Автореферат разослан « <■ -' » К--_ 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета / ////' ' " \ "*"рухин.

л "'У/' /-У

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ.

Интерес к изучению динамических свойств мягких грунтов в последние годы возрастает. Это связано с тем, что для оценки надежности различного рода технических зданий и сооружений при импульсных воздействиях, возникающих в результате землетрясений или взрывов, необходимо определять последствия динамического взаимодействия конструкций с окружающим ее грунтом. В ряде случаев (например, при ударе тела, конструкции или аппарата о -землю) возникает потребность в определении величин перегрузок, воздействующих на аппарат или конструкцию , и оценки их допустимости. Такие виды задач кроме знания динамических свойств материалов, из которых сделаны сами конструкции, требуют определенных знаний о динамических характеристиках мягких грунтов в достаточно широком диапазоне изменения давлений и скоростей деформации. Обычно, анализ таких воздействий, сопровождающихся волновыми процессами, проводится с помощью численного моделирования на ЭВМ, для чего используются различные уравнения состояния мягких грунтов.

Необходимость оснащения уравнений состояния грунтовых сред и проверки адекватности их реальному поведению грунтов требует постановки сложных и многочисленных экспериментальных исследований. На сегодня динамическая сжимаемость грунтов изучена в большей степени в диапазоне давлений до 100 МПа и скоростях деформации до 100 с"1 Данные о динамической сжимаемости грунтовых материалов не полны, для многих видов грунтов они отсутствуют. Причиной тому являются методические трудности проведения высокоскоростных испытаний и проблемы, связанные с регистрацией параметров состояния мягкого грунта в волнах сжатия, имеющих малые времена воздействия и большие амплитуды

- г -

нагружающего импульса.

Таким образом, разработка методов высокоскоростных испытаний, методик регистрации параметров состояния грунтового материала, получение достоверных данных о динамической сжимаемости мягких грунтов и проверка адекватности уравнений состояния динамического деформирования являются в настоящее время актуальными задачами.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1. Разработка и создание комплекса экспериментальных методов, включающих средства нагружения и регистрации для проведения исследований динамической сжимаемости мягких грунтовых сред в диапазоне давлений от 10 до 3000 МПа и скоростях деформации 10® - Ю^с"*.

2. Теоретико-экспериментальный анализ модифицированного метода Кольского с обоснованием применимости его для изучения динамических свойств грунтовых материалов.

3. Проведение экспериментальных исследований с целью изучения ударной сжимаемости ряда мягких грунтов и выявления особенностей их деформирования в зависимости от влажности, гранулометрического состава и параметров динамической нагрузки.

4. Теоретико-экспериментальный анализ адекватности выбранной модели реальному деформированию грунта на примере ударно-волнового взаимодействия деформируемой пластины с грунтовой средой при оснащении уравнения состояния последней параметрами, полученными в результате обработки испытаний с мягкими грунтами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Реализованы методы экспериментального исследования, позволяющие

изучать динамическую сжимаемость мягких грунтовых сред в достаточно широком диапазоне давлений и скоростей деформаций. Впервые предложена модификация метода Кольского, которая дает возможность исследовать динамические свойства мягких грунтовых сред и сыпучих материалов. Проведен теоретико-экспериментальный анализ возможностей методик и оценена достоверность получаемых результатов.

Проведены испытания и получены кривые динамической сжимаемости ряда реальных грунтов в неизученном диапазоне давлений. На основе обработки экспериментальных данных для модели пластически сжимаемой среды определены ее параметры и проведена проверка ее адекватности поведению реального грунта при ударно-волновом взаимодействии с деформируемыми телами.

Практичекое значение диссертационной работы состоит в том, что:

1. Создан экспериментальный комплекс, включающий нагружающие устройства и средства регистрации и позволяющий в лабораторных условиях изучать свойства широкого круга материалов различного происхождения при высокоскоростной деформации.

2. Получены данные по динамическим свойствам (динамические диаграммы деформирования и ударные адиабаты) ряда грунтовых материалов (песок, супесь, суглинки и глины).

3. Показано, что модель пластической сжимаемой среды с достаточной для практических расчетов точностью качественно и количественно описывает закономерности высокоскоростного деформирования мягких грунтов и может быть использована для расчетов взаимодействия конструкций и их элементов с грунтовыми средами.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых института "Физики земли" АН

СССР - Переславль-Залеский, 1989г, II Всесоюзной конференции "Численная реализация физико-механических задач прочности" ИПМ АН СССР - Горький, 1987г, II Всесоюзном съезде "Механика грунтов" -Йошкар-Ола, 1988г, Всесоюзном совещании "Теоретические и технологические аспекты создания и применения силовых импульсных систем" -Караганда, 1990г, Всесоюзном симпозиуме по прочности и пластичности - Ташкент, 1991г, III республиканском семинаре "Динамическая прочность и трещиностойкость конструкционных материалов при однократном импульсном нагружении" - Киев, 1991г, 4 Всесоюзной школе молодых ученых "Численные методы механики сплошной среды" - Красноярск, 1992г, Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" -_ Москва, 1991г. 3-ем Европейском коллоквиуме EUROKECH 295 - Нижний Новгород, 1992г, семинаре института "Физики вемли" АН СССР - Москва, 1991г.

Публикации. Ш теме диссертации опубликовано 4 статьи и тезисы 5 докладов.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 117 названий. Основной текст занимает 133 страницы, иллюстрируется 51 рисунком и 9 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении рассматривается актуальность темы исследования и излагаются основные положения диссертационной работы.

В первой главе: приведен обзор и анализ современного состояния вопроса по изучению динамической сжимаемости мягких грунтовых сред при ударно-волновом нагружении. Особое внимание уделено рассмотрению методик проведения динамических испытаний и способов регистрации па-

раметров состояния грунтов. Динамические свойства грунтовых материалов изучались разными авторами с помощью оригинальных методов экспериментальных исследований. Значительный вклад в механику грунтов внесли работы, выполненные как у нас в стране, так и за рубежом, такими учеными, как Н. М. Герсеванов, Е А. Флорин, R А. Цьпович, Н. Н. Маслов, К Терцаги и др.

Основополагающие -результаты в динамике грунтов были получены в работах С. С. Григоряна, X А. Рахматулина, П. Л. Иванова, Г. М. Ляхова, В. Е Родионова, Б. В. Замышляева, Л. С. Евтерева, А. А. Вовка, Г. В. Рыкова и других авторов.

В начале главы'представлена краткая классификация видов и типов мягких грунтов. Рассмотрены основные физико-механические свойства и определяющие процессы деформирования грунтовых сред, отмечены особенности статической сжимаемости некоторых видов грунтов.

Далее дается обзор методов испытания наиболее часто применяемых при изучении динамических свойств мягких грунтовых сред. Представлены способы нагружения и средства регистрации, рассмотрены их особенности и возможности при измерении параметров динамических воздействий в грунтовых материалах. Обсуждены технические аспекты применения того или иного датчика. Показано, что используемые методики позволяют изучать динамическую сжимаемость грунтов в относительно узком диапазоне изменения нагрузки. Обычно давления в грунтовых материалах не превышают 100 МПа, а скорости деформации - 100 с . Это в первую очередь связано с тем, что для регистрации параметров динамического сжатия (деформаций, ускорений, давлений и т.д.) применяются преобразователи инерционного типа, чувствительными элементами в которых могут быть тензометрические, пьезоэлектрические, индуктивные и другие датчики. Отмечается, что применение преобразователей для регистрации тех или иных параметров процесса динамического деформиро-

вания в грунтовой среле приводит к увеличению инерционности измерительных систем и не позволяет научать динамическую сжимаемость мягких грунтовых сред при скоростях деформации более 100 с .

Затем проводится анализ имеющихся данных по динамическим свойствам грунтов, прослеживается влияние влажности, гранулометрического состава, скорости нагружения или деформации на динамическую сжимаемость грунтов.

В заключительной части этой главы рассмотрены некоторые уравнения состояния '(УРС), которые сформулированы на основе экспериментального изучения поведения грунтов и наиболее часто используются для решения динамических задач. Отмечено, что важным аспектом при численном моделировании в динамике грунтов является оснащение УРС опорными зависимостями и константами.

По результатам анализа методов динамических испытаний, существующих экспериментальных данных, в заключении сформулированы основные' цели диссертационной работы.

Во второй главе дается описание методических основ экспериментальных исследований мягких грунтов при давлениях .10 - 3000 МПа и скоростях деформации 10* с выше.

Одним из наиболее разработанных и обоснованных методов динамических испытаний, основывающихся на квазистатических предпосылках, при изучении механических свойств металлов и их сплавов является метод Кольского с использованием' разрезного стержня Гопкинсона (РСГ). Впервые модификация этого метода для изучения динамической сжимаемости мягких грунтов предложена в [1]. В данном варианте РСГ образец мягкого грунта размещался в жесткой стальной обойме, которая с легким трением' надевалась на концы мерных стержней. Использование жесткой обоймы позволяет, изучать динамическую сжимаемость грунтов в условиях объемного напряженного состояния и одномерной деформации,

что сближает подобные испытания с компрессионными испытаниями" в статических условиях.

• Величины напряжений, а следовательно и диапазон изучаемых давлений, в методе РСГ ограничены пределом упругости материала мерных стержней. Поэтому было предложено для исследования динамической сжимаемости при более высоких давлениях использовать эксперименты с плоскими волнами нагрузки (так называемый плосковолновый ударный эксперимент - ПВ). Суть этого метода заключается в следующем: удар метаемой пластиной-ударником производится не непосредственно по образцу, а через пластину-экран. При этом предполагается, что ударные адиабаты материалов- ударника и экрана известны. Кроме того, должна быть заранее определена начальная плотность исследуемого материала Тогда состояние грунтовой среды на фронте волны сжатия .определяется по известным соотношениям Рэнкина-Гюгонио. В процессе испытания регистрируется две величины: скорость соударения пластин ударника и экрана (электроконтактным способом) и скорость распространения фронта волны сжатия в материале образца .Измерение скорости'плоской волны производится с помощью диэлектрических датчиков давления, регистрирующих моменты прихода фронта волны в известные сечения образца С 2].

Для реализации этой методики была спроектирована и изготовлена оригинальная установка - газовая пушка калибром 57 мм СЗ]. Разгон снарядов производится с помощью сжатых газов (воздух, гелий). Основные параметры пушки • следующие: объем камеры высокого давления составляет 20 л,. рабочее давление - до 15 МПа, диапазон скоростей метания при массе снаряда до 0.1 кг при использовании в качестве рабочего, газа сжатого воздуха - 100 - 600 м/с.

Далее приведена оценка возможных погрешностей экспериментальных методик при динамических испытаниях мягких грунтовых сред, и показано, что величины этих погрешностей (Около 10 %) не превышают анало-

гичных характеристик для известных методов динамических исследований (в разных работах погрешности измерений составляют от 10 до 25 %).

В главе 3 проведен теоретико-экспериментальный анализ применимости метода Кольского для динамических испытаний мягких грунтов [4,5]. Численное моделирование процессов деформирования в системе РСГ проводилось с использованием разработанных в НИИ механики' программных комплексов "Динамика 1" и "Динамика 2". Система уравнений, описывающая волновое взаимодействие в упругих стержнях и образце грунта представлена: 1)уравнениями движения конструкций; 2)уравнениями движения среды, с которой происходит взаимодействие; 3) уравнениями связности. Первая группа в данной постановке задачи представляет собой систему уравнений движения твердого тела, поскольку стержни деформируются упруго. Уравнения движения грунтовой среды могут быть определены из законов сохранения массы и импульса

где Р - давление, р - плотность, Т- скорость, 0 - элемент объема среды, ~п - вектор внешней нормали.

Третья группа уравнений описывает контактные условия с учетом отрыва и повторного взаимодействия на пограничных поверхностях сред.

Для описания динамического деформирования грунтовой среды используется уравнение состояния, в котором шаровые составляющие тензоров напряжений и деформаций связаны между собой нелинейным соотношением

при нагрузке,

Р» при разгрузке,,

где С; - ^ /р9,

(3* /0^ ., р и - текущая и начальная плотности грунта, А и В - параметры адиабаты материала,предельная плотность, . начиная с которой ветви нагружения и разгрузки совпадают, б,б^- текущая и предельная степени сжатия, я - коэффициент разгрузки (отношение остаточной деформации к максимально достигнутой в данном цикле нагружения), Р^ - начальное давление, Р^- предельное давление, начиная с которого ветви нагружения и разгрузки совпадают.

Точность численного моделирования волновых процессов в системе РСГ тестировалась на задачах динамического деформирования металлических стержней. Вначале решалась задача упругого соударения стержня* ударника с мерным стержнем. Совпадение импульсов сжатия хорошее, некоторые отличия проявились в длительностях передних и задних фронтов: опытные фронты имеют большую протяженность (на 2 - 3 мкс).

Далее представлены результаты численно-экспериментального анализа напряженного состояния грунтового образца при его испытании по модифицированному методу РСГ, которые свидетельствуют о равномерности распределения напряжений по длине образца.

Одной из задач численного анализа процессов динамического деформирования грунтовых образцов в системе РСГ была проверка адекватности принятого УРС реальному поведению грунтовой среды. Для этого в одномерной и осесимметричной постановках моделировалось распространение волн в системе, состоящей из двух длинных металлических стержней и таблетки грунта между ними, расположенной в жесткой обойме. При численном моделировании динамического деформирования металлических мерных стержней применялись уравнения теории упругости, а для грунтов модель пластически сжимаемой среды. При этом параметры, не-

обходимые для выбранной модели, получались экспериментальным путем: А и В из плосковолновых испытаний, д - по результатам опытов с применением модифицированного метода РСГ. Сравнение результатов опытов и расчетов проводилось для сухого песка и пластилина. Динамические

диаграммы деформирования, полученные экспериментально и расчетным

/

путем, представлены на рисунках 1 и- 2 (пунктирная линия - опыт, сплошная - расчет). Результаты сравнительного анализа свидетельствуют об удовлетворительном совпадении данных расчета и опыта при 36/01 > 0 и рассогласовании расчетных и. экспериментальных данных приЭб/Зь < 0, особенно в случае более вязкого материала (пластилина). Таким образом, выбранная модель грунтовой среды позволяет с удовлетворительной точностью описать качественно и количественно основные эффекты динамического деформирования грунтовой среды при активном наг-ружении.

1 I ' • 4

Деформация, Ж

Рис.1. Динамические диаграммы песка

Дсфориация, Ж

Рис.Динамические диаграммы пластилина

Рис.3. Динамические диаграммы

а

зоо

о I

2 4 в 3 10 12 Деформация, %

1 - влажный песо*.

2 — суглинок,

3 — гташа, 4 - супесь, 5 — сухой песок

В четвертой главе представлены результаты исследования динамической сжимаемости мягких грунтов. Результаты, полученные с помощьг. модифицированного метода , Кольского, представляют собой динамические диаграммы деформирования (рис. 3) при скоростях деформации ю5 сНи напряжениях до 250 МПа [6,7].

Данные о динамической сжимаемости грунтов при давлениях

до 2500 МПа получены на установке, которая позволяет нагружать грунтовые образцы плоской волной сжатия [2,6,8]. Результаты представлены в виде адиабат некоторых грунтов (рис. 4). В качестве примера на рис. 4а представлены кривые динамической сжимаемости сухого песка в зависимости от зернового состава На рис. 46 показаны адиабаты сухого и влажного песка и суглинка. Данные, полученные в ходе ПВ испытаний грунтовых материалов, позволяют оценить влияние влажности, гранулометрического состава и гомогенности среды на ее динамическую сжимаемость.

Все грунтовые материалы проявили вязкопластические свойства. Ветви нагрузки нелинейны во всем диапазоне нагружения. После достижения максимального напряжения следует участок диаграммы, на котором давление уменьшается, а деформации продолжают расти. Связано это с проявлением вязкостных свойств мягких ^грунтовых сред. Об этом же свидетельствует тот факт, что максимум деформации отстает от макси-

1.00

2.0

о.во -

2

о 0.60 -

В

^0.40 -

3

4

0.20

0.00

О 1ЙО ' 200 Збо 4Й0 ' аоо и. м/с

0.0

II 100 260 Збо ' 4бо ' 300 и, м/с

Рис. 4а. Адиабаты песка Рис. 46. Адиабаты грунтов.

ыуыа напряжений, за счет этого на диаграмме деформирования появляется участок с отрицательным наклоном. Величина его изменяется для различных видов грунтов. Наименьшая протяженность по деформациям спадающего отрезка наблюдается у сухого песка, наибольшая - у пластилина и глин. Таким образом, можно сказать, что такие материалы как глины обладают в большей степени вязкостными свойствами.

Ветви разгрузки для изученных грунтов идут значительно круче, чем ветви нагрузки, имеют форму близкую к линейной. По результатам опытов на РСГ приведено значение коэффициента ч - 0.9 - 0. 93, который характеризует ветвь разгрузки (равей отношению остаточной деформации к полной).

Для исследованных грунтов при испытании по методу Кольского характерно наличие задержки между отраженным и прошедшим импульсами, т. е. существует сдвиг по времени между деформацией и напряжениями в

1 - оуглинок влажный.

2 - песок влажный.

3 - песок сухой,

4 - суглвяок оухой

4 -

образце. Поэтому кривые сжатия на начальном участке имеют некоторую нулевую линию, т. е. происходит .рост деформаций при практически нулевых напряжениях. Такое поведение обусловлено процессом удаления части свободного порового пространства (рис. 3) за счет переукладки частиц в более плотноупакованное состояние.

Для грунтов с более прочными скелетными связями и меньшим количеством, пор (глина, пластилин) этот участок меньше. Так, для глин величина деформаций при нулевых напряжениях составляет 1.7 X, для

супеси - 2 X, для сухого песка - около 2.5 X, а для пластилина - материала с минимальным количеством воздушных пор эта величина не превышает 0.5 X. Наличие такого участка на диаграмме деформирова-_.ния связано с пределом структурной прочности, величина которого мала и не может быть определена с использованием РСГ.

Влияние вязкостных свойств среды проявилось, особенно отчетливо при испытании пластилина [8]. Эксперименты проводились как при относительно постоянной скорости деформации, так и при сложных историях ее изменения в ходе эксперимента С 8]. В первсяи случае

4 "¡Г 8

Деформация, Я

Деформация, я

Ржо.5. Диаграммы деформирования пластилина

нагружение РСГ осуществлялось сплошными однородными ударниками различной длины. Для реализации сложной истории изменения скорости деформации ударники составлялись по длине из двух частей с различной акустической жесткостью, соединенных между собой с небольшим зазором с помощью легкодеформируемых скобок, что позволяло возбуждать в РСГ два импульса различной амплитуды с некоторой выдержкой между ними. Результаты испытаний представлены на рис. 5. Модуль нагрузки после частичной разгрузки практически совпадает с модулем' нагрузки при однократном нагружении. Снижение уровня напряжений при разгрузке соп-роводцается дальнейшим ростом деформаций, т.е. максимальные значения напряжений и деформаций не совпадают во времени. Бри повторном нагружении это запаздывание увеличивается.

Результаты испытаний грунтовых сред, полученные с помощью двух методик (РСГ и ПВ), хорошо дополняют друг друга: после приведения этих данных к общим осям давление - объемная деформация были построены некоторые единые кривые динамической сжимаемости мягких грунтов. На рисунке 6 представлены эти зависимости для глин, пластилина, супеси и песка. Начальные отрезки кривых (при давлениях до 200 - 250 МПа и объемной деформации до 5 X) были получены с помощью модифицированной методики РСГ. Затем следует участок (на рис. 6 разрыв между кривыми) экспериментально не определенный. Далее идет часть кривой, полученная в ходе ПВ испытаний. Отрезок, не найденный опытным путем, несколько отличен по протяженности для разных материалов. Это связано как с методическими трудностями при проведении испытаний, так и с недостаточным количеством образцов одного вида грунтового материала с удовлетворительным совпадением начальных параметров состояния. Для пластилина кривая динамической сжимаемости определена во всем рассматриваемом диапазоне давлений (10 - 2500 МПа), поскольку модельный материал (пластилин) более удобен в работе: высокая степень

Рис.6. Динамическая сжимаемость грунтов

1 - глина (\"/=24я), 2 - пластилин,

3 - еупес!

4 - песо* (У-1ВЯ), 5 - песок (Ю-1а)

однородности, стабильность свойств, кроме того имеется достаточное количество материала для изготовления образцов.

Несмотря на то, что для грунтовых материалов остался участок кривой экспериментально не определенный, можно говорить об удовлетворительном согласовании результатов двух методик.. Некоторое расхождение в области близких давлений возможно за счет разброса исходных данных грунтов и результатов экспериментов по двум методикам [91.

Рис. 7. Динамическая сжимаемость глины

На рисунке 7 кроме кривой, динамической сжимаемости глины естественного сложения и влажности, полученной в НИИ механики, приведены результаты испытания глины в полевых условиях при нагружении взрывом, полученные А. А. Вовком и его соавторами (штрихпунктирная линия). Некоторые отличия в ходе кривых динамической сжимаемости, полученной в данной работе и в полевых условиях, обусловлены расхождением параметров начального состояния глин. Так например, влажность грунта в наших опытах составила около 24 '- вместо 37 %.

Сравнение результатов динамической сжимаемости глин дает возможность положительно оценить возможности методик, с помощью которых получены кривые сжимаемости. Использование двух вышеописанных взаимодополняющих методик позволяет изучать поведение мягких грунтовых сред в • достаточно широком диапазоне давлений, который представляет

- 17 -

интерес для задач динамики грунтов.

Задачей исследований представленных в этой главе является также проверка адекватности принятой модели грунтовой среды при описании реального деформирования грунтов. Для этого проводился численный анализ следующей задачи. В осесимметричной постановке моделировалось соударение деформируемого стержня (материал Д16Т) с деформируемой пластиной (материал Д16Т), расположенной на грунтовом основании. Грунт (сухой песок) находился в жестком контейнере. Расчет прово-

■\Г

дился с применением той же модели и тех же параметров уравнения состояния мягкого грунта (А,В и q), что и главе III.

С помощью численного моделирования определялись давление в нескольких выбранных точках грунтового полупространства, массовые скорости пластины и стержня на границах контактов и прогибы пластины в процессе нагружения. В эксперименте регистрировались давления в ' выбранных сечениях грунтового материала с помощью диэлектрических датчиков давления и фиксировалась величина остаточного прогиба пластины. Отличие результатов расчетов и экспериментов таково: опытный прогиб больше расчетной его величины на 10 %, расхождение по временным параметрам и амплитуде импульсов сжатия в песке в зоне средних давлений (область за пластиной) не превышает 10 - 15 %. Далее происходит значительное снижение . амплитуды импульса сжатия и размытие его переднего фронта за счет поглощения энергии. При малых' уровнях напряжений (соизмеримых уже с прочностью грунта на сдвиг) проведение расчетов по УРС без сдвиговых компонент приводит к значительному расхождению опытных и расчетных данных.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложена модификация метода Кольского с использованием разрезного стержня Гопкинсона для изучения динамических свойств мягких грунтовых сред в диапазоне давлений 10 - 250 МПа и скоростей деформаций до 10* с'{

2. Проведен теоретико-экспериментальный анализ применимости модифицированной методики РСГ для динамических испытаний мягких грунтов, который позволил установить, что предложенная методика дает возможность получать достоверные динамические диаграммы подобных сред при объемно-напряженном состоянии материала образца и его одномерной деформации, поскольку выполняются основные предпосылки метода.

Проведен теоретико-экспериментальный анализ волнового взаимодействия системы РСГ.в одномерной и осесимметричной постановках с оценкой работы модели пластически сжимаемой среда

3. Реализованы методические - решения, позволившие создать оригинальный экспериментальный комплекс для нагружения изучаемых материалов импульсами микросекундной длительности с регистрацией кинематических параметров нагружения. Разработанный комплекс включает установку (газовую пушку калибром 57 мм), которая позволяет разгонять ударники массой до 100 г в диапазоне скоростей 100 - 600 м/с при использовании в качестве рабочего газа воздуха Установка отличается простотой и надежностью в эксплуатации, обладает высокой стабильностью по скоростям метания.

4. Создана экспериментально-методическая база для исследования динамической сжимаемости мягких грунтовых сред в плоских волнах нагрузки. Реализована методика на основе метода торможения с использо-

ванием электроконтактных датчиков для измерения скорости соударения и диэлектрических датчиков для регистрации скорости распространения волн сжатия в грунтовом материале.

5. Проведены экспериментальные исследования и получены кривые динамической сжимаемости глин, суглинка, супесей, песка и пластилина в диапазоне давлений от 10 до 2500 МПа Использование двух взаимодополняющих методик позволило впервые получить единые кривые сжимаемости грунтовых материалов в изучаемом диапазоне давлений и скоростей деформаций. Выявлено влияние влажности и 8ернового состава на ударную сжимаемость грунтов. Увеличение влажности и однородности приводит к уменьшению сжимаемости грунтового материала Полученные результаты для глины и песка удовлетворительно согласуются с данными других авторов.

6. Результаты испытаний мягких грунтов с использованием методики РСГ свидетельствуют о нелинейном характере нагрузочной ветви динамической диаграммы деформирования и о слабой зависимости ее от скорости деформации (при £ - 10^ - 10® с*). Ветви разгрузки для испытанных материалов, за исключением пластилина, близки по форме к линейной и не зависят от скорости деформации. Ветвь разгрузки пластилина имеет нелинейный характер, наклон ее уменьшается при снижении уровня напряжений, с увеличением скорости деформации она приближается к линейному виду.

7. Ш результатам проведенных с мягкими грунтами экспериментов определены параметры модели пластической сжимаемой среды. Проведен! теоретико-экспериментальный анализ поведения ' деформируемого конструктивного элемента при ударно-волновом взаимодействии его с грунтовой средой в осесимметричной постановке. Анализ показал, что модель описывает основные эффекты динамического деформирования, мягких грунтов с достаточной для практических расчетов точностью.

Основное содержание диссертации опубликован«* в следующих работах:

1. Грушевский Г. М. Методика получения динамических диаграмм деформирования грунтовых сред// Численная реализация физико-механических задач прочности: Материалы 11 Всесоюзн. конф. /Горьк. ун-т. -Горький, 1987. С. 56.

2. Грушевский Г. М. Ударные адиабаты глины и "пластили-на/Горьк. ун-т.-Горький, 1991.-Деп. в ВИНИТИ, N2363-В91-192.

3. Врагов А. М., Грушевский Г. М., Олонов Л. К Установка для исследования механических свойств твердых тел при ударном нагружении// Заводская лаборатория. -1991. -N7. -С. 50-51.

4. Грушевский Г. Я , Фомина Е. К Численно-экспериментальный анализ модифицированного метода разрезного стержня Гопкинсона// Численные методы механики сплошной среды: Тез. докл. 4 Всесоюзн.

шк. мол. уч. -Красноярск, 1992. С. 63-64.

5. Грушевский Г. М., Фомина Е. Е Численно-экспериментальное исследование модифицированного метода разрезного стержня Гопкинсона// Прикладные проблемы прочности и пластичности: Всесоюз. межвуз. сб. / Нижегород. ун-т. - а Новгород, 1991.- Вып. 51.- С. 128-134.

6. Врагов А. М., Грушевский Г. М. Некоторые закономерности динамического деформирования мягких грунтов//Актуальные проблемы фундаментальных наук: Сб. докладов Международной н/т конф. -М. ,1991. -Т. 8. -С. 64-69.

7. - Врагов А. М., Грушевский Г. М. Динамическая сжимаемость кострукци-

онных материалов при плосковолновом нагружении//Динамическая прочность и трещиностойкость конструкционных материалов при однократном импульсном нагружении: Тез. докладов 111 респ. семинара -Киев,1991.-С. 6-7.

8. Механические свойства пластилина в условиях высокоскоростной деформации. /А. Ы. Братов, Г. М. Грушевский, А. К. Ломунов, А. А. Медведев// Прикладные проблемы прочности и пластичности: Всесоюен. межвув. сб. ,Н. Новгород,-1991. -N49. -С. 106-111.

9. Bragov А. М., Grushevsky Q.M. Compressibility of soft soils under shock load within the pressure , range up . to 3 GPa// Wave processes in nachinery and structures: EVROkCCH 295,N.Novgorod.p. 40.