Волновые поля в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции, при натурных динамических воздействиях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Суворов Александр Борисович

ВОЛНОВЫЕ ПОЛЯ В СЛОИСТЫХ СРЕДАХ, СОСТАВЛЯЮЩИХ ДОРОЖНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ПРИ НАТУРНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

01.02.04 - механика деформируемого твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 2003

»1

i

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном

университете. '

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Ляпин А.А

доктор технических наук, профессор Илиополов С.К.

доктор технических наук, профессор Резников Ю.Н.

кандидат физико-математических наук, доцент Скалиух A.C.

Кубанский государственный университет

Защита диссертации состоится 2 июля в 1530 часов на заседании диссертационного совета № Д212.058.03 в Донском государственном техническом университете по адресу 344010, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ДГТУ Автореферат разослан 30 мая 2003 г.

>

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук, доцент

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Соловьев А.Н.

%ос>3-(\

и 8

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

В условиях значительного увеличения интенсивности грузоперевозок, повышения грузоподъемности автотранспортных средств, скоростей движения особое значение имеет учет динамических явлений в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции и их основания. Совершенствование методов расчета слоистой конструкции дорожных одежд с учетом динамичности нагружения невозможно без создания теоретических моделей системы «дорожная конструкция-грунт», изучения закономерностей деформирования системы в реальных условиях эксплуатации. При этом создание новых средств и методов неразрушающего контроля, диагностики и прогнозирования транспортно-эксплуатационного состояния автодорог имеют одно из первостепенных значений. Базой для решения этих задач являются последние достижения в области фундаментальных исследований механики деформируемого твердого тела, современные средства и методы экспериментальных исследований. Разработка научно обоснованных методов расчета дорожных одежд с учетом реальных динамических условий их эксплуатации - научное направление, активно разрабатываемое в Ростовском государственном строительном университете по ряду Госзаказов. В русле этого направления и выполнена данная работа.

Цель диссертационной работы

Впервые в практике изучения процессов динамического деформирования

слоистых сред дорожных конструкций и их оснований применить

экспериментально-аналитический метод, позволяющий изучать волновые поля,

формируемые в результате движения автотранспортных средств, влияющие на

эксплуатационно-технические показатели автодорог и открывающие новый путь

диагностирования их состояния. Для достижения этой цели были поставлены

следующие задачи: . ---

. .,.-;< ИЛЬНАЯ ] '>На«;НОТЕКА \ С. Петербург Ьчл

з ОЭ зоб

на основе анализа аналитико-численных результатов, полученных при решении пространственных модельных задач системы «дорожная одежда - грунт», осуществить планирование экспериментальных исследований;

разработать аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий выполнение задач натурных экспериментальных исследований;

- разработать методики измерений волновых полей в исследуемой системе при различных динамических воздействиях;

- провести цикл натурных исследований системы при различных динамических воздействиях, адекватную обработку, интерпретацию и анализ полученных экспериментальных данных;

- разработать инженерную модель исследуемой системы, используя синтез моделей слоистой упругой среды и модели с сосредоточенными параметрами; численно исследовать волновые поля на поверхности многослойной дорожной конструкции, подстилающего грунтового массива во временной и частотных областях;

- провести сравнительный анализ результатов численного и натурного экспериментов реального участка автодороги.

Научная новизна

Научную новизну составляют следующие результаты, полученные автором:

- применен комплексный экспериментально-теоретический подход к исследованию процессов динамического деформирования слоистых сред дорожных конструкций и их оснований при воздействии движущихся нагрузок, заключающийся в разработке, изготовлении, испытании специализированного, нестандартного, компьютеризированного измерительного комплекса; проведении обширного экспериментального исследования реальных участков автодорог и математического моделирования одного из них с помощью комбинированной инженерной модели;

- по результатам анализа экспериментальных данных получена новая информация по характеристикам распределения волнового поля и распространения

упругих волн в дорожных конструкциях и подстилающем грунтовом массиве, позволяющая провести:

а) оценку адекватности разработанных математических моделей ^ динамического взаимодействия системы различных уровней сложности;

б) уточнение сложных математических моделей системы путем учета реальных характеристик воздействия автотранспортных средств;

в) уточнение нормативной методики расчета при проектировании дорожных одежд с учетом реальных динамических воздействий встречных потоков автотранспортных средств.

Практическое значение диссертации определено:

- применением разработанного аппаратно-программного комплекса и методик его использования для диагностики и прогнозирования транспортно-эксплуатационного состояния автодорог;

многоцелевым использованием виброизмерительного комплекса в строительстве: измерение техногенных вибрационных полей и их влияние на искусственные строительные сооружения, анализ свободных колебаний дорожных конструкций, мостов, мостовых переходов, зданий и сооружений.

Результаты настоящей работы, выполненные автором, использованы при разработке НИР по государственным контрактам:

№ЮУ-11/528-1 «Разработка методологии прогнозирования транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог с учетом динамического пространственного воздействия транспортных средств»;

№065.14033-01Д «Совершенствование теоретических основ и методов ' расчета динамических воздействий на дорожные конструкции»;

№ПО 12/264-1 «Экспериментальные исследования динамических воздействий транспорта на дорожные конструкции с разработкой мобильного информационно-измерительного комплекса»;

Апробация работы

Основные положения работы и практические результаты были доложены на семинарах кафедр: «Информационные системы в строительстве», «Автомобильные дороги» РГСУ; на семинаре ДортрансНИИ РГСУ, на VII Международной конференции «Современные проблемы механики сплошной среды», Ростов-на- > Дону, Ростовский государственный университет, 2001 г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Концепции современного развития автомобилестроения . и эксплуатации транспортных средств», Новочеркасск, 2001 г.; на II Российско-Украинском симпозиуме «Новые информационные технологии в решении проблем производства, строительства, экологии», Пенза, 2002 г.; на Международной научно-практической конференции «Строительство-2002», Ростов-на-Дону, 2002 г.; на региональной научно-практической конференции «Проблемы строительства в сейсмоопасных регионах», Ростов-на-Дону, 2002 г., на VIII Международной конференции «Современные проблемы механики сплошной среды», Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет, 2002 г., на Всероссийской научно-технической конференции: Совершенствование методов проектирования дорог на основе исследования надёжности системы «Автомобиль- водитель- дорога-окружающая среда», Ростов-на-Дону, 2002 г.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы отражены в 9 публикациях.

Структура и объём работы

Диссертация, общим объемом 167 страниц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 110 наименований и четырех приложений, включающих 89 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ *

Во введении обосновываются актуальность и практическая значимость рассматриваемых проблем, определяется цель работы и приводится краткое изложение её содержания. Представлен обзор состояния механико-математического моделирования системы слоистых сред дорожной конструкции и подстилающей

грунтовой среды. При этом к основным недостаткам механико-математических моделей следует отнести следующие два фактора: идеализацию силового воздействия на исследуемую систему и идеализацию строения самой системы «дорожная одежда-грунт». Оценка же адекватности конкретной механико-математической модели возможна только на основе натурных исследований поведения системы при реальных динамических воздействиях. Отмечается, что в русле этого направления наиболее обширные исследования ведутся в ДортрансНИИ РГСУ под руководством проф. С.К. Илиополова, проф. М.Г. Селезнева, где разработан не только ряд моделей разных уровней сложности, но и проводятся широкомасштабные натурные эксперименты, включающие в качестве составной части разработку новых современных средств и методов постановки натурных исследований.

В первой главе обсуждаются вопросы постановки задач экспериментального исследования волновых полей в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции, при натурных динамических воздействиях и средства их выполнения.

Подчеркивается, что закономерности деформирования слоистых сред дорожной конструкции, подстилающего основания вытекают из фундаментальных законов механики деформируемого твердого тела. Настоящая работа направлена на исследование динамических процессов, протекающих в системе в условиях ее работоспособности, в предположении ее линейности. Многослойное строение конструкции исследуемой системы, описываемое уравнениями теории упругости, определяет особенности формирования и распространения волновых полей, обуславливает возникновение волноводных эффектов и резонансных явлений. Аналитико-численные результаты анализа наиболее полных моделей данной системы явились основой для планирования и проведения натурных испытаний по нескольким направлениям, выявили основные механические характеристики, определяющие характер динамических процессов. Важными факторами нестационарного динамического воздействия на исследуемую систему являются максимальный уровень силового воздействия, длительность воздействия и его

частотный спектр. Эти факторы определяются характеристиками динамического воздействия одиночного автотранспортного средства, потока автотранспортных средств, направленностью движения в одном или во встречных направлениях. Ровность дорожного полотна, конструкция дорожной одежды, строение * подстилающего грунтового массива также определяют уровни волновых полей, генерируемых в системе. ^

Выполнение поставленных задач экспериментального исследования системы возможно при наличии современного виброизмерительного комплекса с соответствующими параметрами и характеристиками. Далее приводится обоснование основных требований к параметрам и характеристикам аппаратной части для натурных исследований системы, даётся анализ аппаратно-программных аналогов, в том числе сейсмостанций нового поколения. Результатом анализа является вывод о том, что, имея узкую специализацию, встроенное программное обеспечение для решения и визуализации частных задач и ограниченный диапазон регистрируемых характеристик, эта аппаратура не может быть использована в полном объёме для решения поставленных задач экспериментальных исследований волновых полей в системе «дорожная одежда-грунт». Кроме того, вопросы согласования датчика с разными типами поверхностей дорожных одежд и подстилающего грунтового массива, вопросы точности измерений характеристик волновых полей в предлагаемых аппаратно-программных комплексах не рассматриваются, что ведет к значительным искажениям сигнала и возможности только качественно, с определенной вероятностью проводить анализ и интерпретацию результатов регистрации.

Освещаются решения вопросов разработки аппаратурной части комплекса, приведены назначение, состав и технические характеристики разработанного и ' изготовленного мобильного виброизмерительного комплекса (МВиК). В его состав входят:

- два типа виброакселерометров: три низкочастотных вибропреобразователя (НВП) и один высокочастотный (ВВП);

- комплект «антенных устройств» для согласования датчиков с исследуемои системой и замеров векторных компонент волновых полей относительно направления дороги;

- четырехканальный виброизмерительный прибор ИВ-1 со встроенным модулем аналого-цифрового преобразователя типа Е-330 производства фирмы L-card для аналоговой обработки входных сигналов, преобразования их в цифровую форму и формирования непрерывного файла данных для записи на жесткий диск портативного компьютера;

- ПК типа «Notebook», программное обеспечение регистрации, визуализации и анализа результатов измерений.

Основные технические характеристики МВиК приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Коэффициент преобразования пьезоэлектрического виброизмерительного преобразователя, мВм"1 с2 НВП 2500 ВВП 500

Диапазон рабочих частот при неравномерности частотной характеристики ±5%, Гц НВП 1-250 ВВП 10-2500

Диапазон рабочих частот низкочастотного тракта, Гц 1-200

Диапазон рабочих частот высокочастотного тракта, Гц 10-2000

Дискретность установки коэффициентов усиления 1,2,5,10,20,50,100,500

Разрядность АЦП, бит 12

Максимальная частота преобразования, кГц 500

Максимальная погрешность измерений, % не более 7

Во второй главе обсуждаются особенности методологии исследований волновых полей системы «дорожная одежда-грунт» при различных динамических воздействиях. Наличие МВиК, как рабочего инструмента, имеющего высокие технические характеристики, не является достаточным условием для получения достоверных экспериментальных данных. В данном случае не менее важны

постановка эксперимента, отработка технологии проведения замеров, а также методы обработки полученных результатов. В связи с этим в работе:

• проведен системный анализ модели физической системы «дорожная конструкция - грунт» при планировании натурного эксперимента;

• рассмотрены особенности распространения волновых полей в слоистой конструкции дорожной одежды и подстилающего грунтового массива, на основе которых разработаны методики исследования системы (при этом был учтен накопленный опыт по методам сейсморазведки);

• рассмотрены вопросы точности проведения измерений;

• дана типовая методика проведения натурного эксперимента, включающая вопросы согласования датчиков с поверхностью исследуемой системы.

В третьей главе рассматриваются вопросы статистического, гармонического, корреляционного анализа экспериментальных данных как временных рядов. Проблемы, возникающие при обработке экспериментальных данных, обусловлены необходимостью получения по конечному числу отсчетов в выбранной реализации статистически устойчивых оценок с максимально возможным разрешением. На основе данных, полученных на конечном интервале времени в дискретном виде, необходимо сформировать максимально достоверное представление об исходном образе, с которым связаны эти данные. Точность обработки временных рядов определяется длительностью выбранной реализации, длительностью выборки, параметрами режимов оконной обработки. Эти характеристики существенным образом определяются типом регистрируемого процесса - стационарный, нестационарный, нестационарный — кратковременный. Частотные характеристики реализации задаются на основании критерия Найквиста, определяются заранее выбором частоты дискретизации аналогового сигнала, которая устанавливается до начала регистрации процесса. Дальнейшая обработка сигналов включает в себя цифровую фильтрацию, обработку во временной и частотной областях, спектральный, корреляционный, статистический анализы. Алгоритмы решения

задач цифровой обработки строятся с применением стандартных процедур фильтрации, быстрого преобразования Фурье и оконных функций, использовался пакет Signal Processing Toolbox, входящий в программу MatLab; MathCad. Оптимальные параметры при фильтрации, оконной обработке подбирались в зависимости от типа нагрузки, скорости и характера воздействия. В диссертации приводятся многочисленные результаты обработки данных натурных экспериментов, алгоритмы обработки даны для каждой темы экспериментальных исследований, конкретные параметры обработки представлены на соответствующих графиках полученных образов сигналов.

В четвёртой главе рассматриваются вопросы натурных исследований волновых полей в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции при динамических воздействиях. Описываются характеристики системы на участке проведения натурных исследований. Экспериментальные натурные исследования проведены по следующим направлениям:

- исследование влияния антенных конструкций на точность измерений ортогональных компонент волнового поля относительно направления дорожного полотна;

- исследование волновых полей откликов системы при ударном воздействии с нормированными характеристиками удара;

- исследование волновых полей откликов системы при реальных динамических воздействиях, при этом рассматривались динамическое воздействие при проезде одиночного автомобиля; встречных потоков автотранспортных средств, динамическое воздействие колонны тяжелых грузовых автомобилей.

Общие выводы по результатам анализа исследования влияния антенных конструкций на точность измерений ортогональных компонент волнового поля относительно направления автодороги:

- получена высокая сходимость статистических характеристик отклика исследуемой системы при нестационарном воздействии за счет высокой точности МВиК и отработки методик проведения натурных экспериментов, что позволяет

проводить не только качественный, но и количественный анализ характеристик волновых полей;

- из разработанных антенных устройств (АУ), универсальные АУо круглой конструкции имеют лучшее частотное согласование в полосе частот до 200 Гц, что соответствует верхнему частотному пределу нормированных частотных характеристик НВП и МВиК в целом. При этом их можно устанавливать на любые поверхности дорожных одежд и на грунт, они имеют одни и те же частотные свойства при измерении разных компонент волнового поля. Методика, конструкция, габаритные размеры и вес АУо обеспечивают линейность характеристик измерительного комплекса при измерении амплитудных значений ускорений практически до верхнего измерительного предела, то есть не требуется жесткого крепления АУ к поверхности дорожной одежды в месте установки;

- установка антенного устройства на бетонный фундамент ухудшает частотные свойства присоединенного антенного конструктива в высокочастотной области. Однако при замерах малых уровней сигналов, имеющих низкочастотный спектр (сейсмофон, техногенные поля в дальней зоне), присоединенный конструктив такого рода работает как антенный усилитель принимаемых сигналов.

Особое внимание уделено изучению поведения системы при нормированном ударном воздействии, которое в исследовательском плане имеет определенные преимущества по сравнению с другими видами динамического нагружения. Экспериментальное исследование осуществлялось по двум схемам замеров в зависимости от взаимного расположения датчиков и точки приложения ударного воздействия. Измерения проводились по трем ортогональным компонентам волнового поля относительно направления дорожного полотна. Результаты получались осреднением ансамбля реализаций. При этом осуществлялся адекватный выбор длительности обрабатываемых реализаций, удаление постоянной составляющей, возможных трендов, фильтрации полосовыми фильтрами, вычисление статистических характеристик (математического ожидания, дисперсии, среднеквадратичного отклонения, экстремумов реализации), частотного спектра,

автокорреляционной функции и спектральной плотности мощности. Частота дискретизации по всем замерам одинакова и составляет 1кГц, что позволяет в соответствии с критерием Котельникова-Найквиста обеспечить максимальную ошибку определения амплитуд в спектре частот отклика системы 1-200 Гц не более 5%. Схема проведения замеров №1, представленная на рис. 1, иллюстрирует влияние обочин и откосных частей насыпи на распределение волнового поля на поверхности дорожной одежды.

Схема проведения замеров, представленная на рис. 2, иллюстрирует диссипативные свойства системы и скорости распространения волнового поля вдоль направления дороги по ортогональным компонентам.

Общие выводы по результатам анализа исследования системы при нормированном ударном воздействии:

- основная часть энергии отклика ударного воздействия (примерно 90%) на поверхности дорожной конструкции приходится на вертикальную составляющую волнового поля, при этом максимальный энергетический уровень вдоль оси дороги превышает таковой на краях в два раза;

Dx, Vx, hi

P(t) - нормированное ударное воздействие Dz,Vz, Xz №1 ,№2,№3 - датчик типа НВП

Рис.1. Схема замеров №1

- энергетический спектр отклика вертикальной составляющей группируется в полосе частот 20-100 Гц по уровню 0.1 Е-4, при этом до 50% всей энергии приходится на диапазон частот 25-45 Гц;

Рис. 2. Схема замеров №2

- оставшаяся часть энергии отклика (примерно 10%) распределяется между продольной и поперечной относительно направления дороги компонентами волнового поля примерно как 8% и 2% соответственно;

- энергетические спектры отклика продольной и поперечной компонент примерно одинаковы, значительно шире спектра вертикальной компоненты и группируются в полосе частот 2-130 Гц по уровню 0,5Е-5;

- поперечная компонента волнового поля вдоль оси дорожного полотна практически отсутствует;

- характеристики продольной и поперечной компонент волнового поля отклика на ударное воздействие наиболее отчетливо проявляют влияние многослойной конструкции дорожной одежды и обочин;

- по характеристикам распространения упругих волн в системе при нормированном ударном воздействии можно судить о параметрах конструктивных слоев дорожной одежды и подстилающего грунтового массива.

I 1

I

Исследованию системы «дорожная одежда-грунт» при реальных динамических воздействиях предшествовал теоретический анализ особенностей динамического воздействия автотранспортного средства с поверхностью дорожной к одежды.

Результаты анализа записей сигналов волновых полей при проезде различных типов автотранспортных средств, на разных скоростных режимах движения, и при разных удалениях от источника сигнала позволили сделать следующие выводы:

- вблизи площадки контакта автошины с дорожным полотном волновое поле имеет интенсивность до 0,^ в частотном диапазоне от доли Гц до единиц кГц. Динамический диапазон уровней интенсивности волнового поля существенно зависит от скорости движения, массы, количества осей, типа шин, типа автотранспортного средства, от характера езды (маневр, поворот, торможение), а также от характеристик дороги (уклон, кривизна) и дорожного покрытия (ровность, сцепление);

- высокочастотные составляющие (от ориентировочно 250 Гц и выше) частотного спектра отклика практически сразу затухают в верхних слоях элементов дорожной конструкции, не доходя до грунтовой среды. В фунтовой среде вблизи дорожной одежды уровни интенсивности волнового поля составляют величины порядка до 0,0015§ в диапазоне частот от единиц Гц до 200-250Гц, а на удалении порядка 8-10м и более от дорожного полотна присутствует практически только поверхностная волна Релея, интенсивностью до 0,0003 g со спектром частот от единиц Гц до 35-40 Гц;

- условно, по характеру волнового поля в зависимости от расстояния до площадки контакта можно выделить две зоны. В ближней зоне, при удалении от

« полосы наката довольно интенсивно выражено убывание амплитудно-временных характеристик волнового поля и сдвига его спектра в низкочастотную область, что

объясняется поглощением высокочастотных колебаний в элементах дорожной } -

конструкции и частично в грунтовой среде. В дальней зоне, ориентировочно с расстояний, больших ширины дорожной одежды, основной составляющей

волнового поля является поверхностная волна Релея, имеющая четко выраженный низкочастотный спектр и распространяющаяся с малым затуханием на достаточно

Ох, Ух, Хх большие расстояния.

Оу.Уу, Ху

№1, №2, №3-датчики типа НВП

Рис. 3. Схема замеров № 3

Проведен анализ рассматриваемой системы при динамическом воздействии -проезд одиночного автомобиля с разными скоростями движения по схеме замеров №3 (рис. 3). Из анализа результатов обработки данных натурного эксперимента видно, что с увеличением скорости до 80 км/ч растут величины дисперсий, амплитуд максимального и минимального уровней сигналов АВХ, полоса частот спектра воздействия, растет и энергия воздействия на дорожную одежду. При дальнейшем увеличении скорости движения автомобиля, характеристики его воздействия начинают уменьшаться, а амплитуды спектральных составляющих выравниваться. Очевидно, что данный эффект связан с конструктивной аэродинамикой кузова автомобиля и сцеплением шины с дорожным покрытием.

Проведен анализ динамического воздействия встречного потока автотранспортных средств. Датчики устанавливались по поперечной схеме расстановки на расстояниях 1,7; 5; 10 м от кромки асфальтового покрытия. Скорость

транспортных потоков составляет приблизительно 80-90км/ч. Результаты спектрального анализа приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Щи) ЩГЦ) Щи) Р Атах(ГЦ) ^ Атах(м) Ап,ах(м/С2)

1,7 1 -245 1,0-270 195 1,38 0,00135

5,0 9,6 - 52,0 5,2-28,1 20 13,5 0,000243

10,0 9,8-23,0 11.7-27,5 13,8 19,5 0,000285

Л(м) - расстояние до отсчётной точки;

ДДГц) - ширина диапазона частот по уровню 0,0001 м/с2

ДЦм) - диапазон длин волн, соответствующий ДА[Гц) при осреднённой волновой

скорости в теле дорожной одежды 270 м/с;

Р Ашах частота наибольшей спектральной составляющей;

^-Атах - длина волны спектральной составляющей с наибольшей амплитудой;

Атах - величина наибольшей амплитуды в спектре акселерограмм;

Следует отметить тот факт, что энергия воздействия в высокочастотной области спектра при проезде иномарки со скоростью движения примерно 160 км/ч соизмерима с энергией воздействия в низкочастотной области спектра от проезда грузового автомобиля при скорости движения примерно 80 км/ч. Периодичность динамических воздействий (с примерно одинаковыми спектрами одиночных воздействий) на исследуемую систему выражается в повышении уровня динамического воздействия и выравнивании амплитуд спектральных составляющих во всем диапазоне спектра отклика исследуемой системы, ч В пятой главе предлагается модель динамического взаимодействия

дорожной конструкции и грунта, построенная на основе синтеза континуальной модели слоистой упругой среды и модели с сосредоточенными параметрами. Пусть массивный объект массой М (часть дорожной одежды) связан вязкой и упругой

I

связями с основанием.

| !

Л

I 1

с -коэффициент жёсткости упругой связи

b -коэффициент вязко упругого трения

P(t)

M

с ÏÎ

5

Uo(t)

Ul(t)

•»л?

<.г

1.Ч.' V*

^Agapi "^Ж-'.ааЙte

Рис. 4. Модель динамического взаимодействия дорожной одежды и фунта

Основание моделируется как континуальная, сплошная среда и представляет собой пакет упругих или вязкоупругих слоев с плоско-параллельными границами. К объекту массой M приложена сила P(t) (рис. 4), а также реакция R(t) многослойного

основания. Предполагается, что трение в области контакта отсутствует, Wq (/) -вертикальные перемещения тела массой M, U\ if)- вертикальные перемещения на поверхности многослойного полупространства.

Уравнения движения системы можно представить в виде

м =_Фо (0 _ Ml (0) _ b +ш

df

dt

c{u0{t)-um+bd{u«{t);um=щ)щ(о. dt

(1)

Реакция среды в области 'il определится как

R (t)= \q(x,y,t)dQ. . (2)

Q

Известно, что решения нестационарной и стационарной задач связаны соотношениями:

Л (0 = —\e~mtq{a)da.

2 л L pj

Контур интегрирования Ь расположен горизонтально над вещественной осью,

обходит все особенности подынтегральной функции сверху.

ц(а>) - решение соответствующей стационарной задачи, которое представим так:

Ч(а>)=\чй{х,у,а)сЮ.. (4)

п

Нормальные напряжения на поверхности слоистой упругой среды д0(х,у,а>), возникающие при единичных перемещениях в области □ при установившихся колебаниях с частотой со, определяются из интегрального уравнения контактной задачи

Я*(* П)Яо ¿т} = 1,х,уеС1. (5)

п

Временной множитель в уравнении(5) отделен.

Решение последнего интегрального уравнения строилось в многочисленных работах академика В.А. Бабешко и его учеников, оно имеет вид:

<70(х,у,а>)= / \К{и,со)е-'ах-,13у<1асЦЗ,

«Я , 2 (6)

и2 = а2 + р2.

Контуры интегрирования 919? 2 выбираются в соответствии с принципом излучения, обходят положительные регулярные особенности подынтегральной функции К(и, со) сверху, отрицательные - снизу.

Рассматривая систему уравнений движения системы (1) при колебаниях в

установившемся режиме с частотой со, разрешая ее относительно и0(а>) и учитывая связи нестационарной и стационарной задач (2) - (4), получаем выражение для нестационарного перемещения массивного объекта:

"о (0 = f 7 271LM

Р{со)е-шЧ(о

(С + ¿Ва>)д1(а>)

- со

(7)

С + iBco + q^co) С = с1М,В = ЫМ, qi(a}) = q0{a})/М.

Если P(t) = S(t-t*), то Р(со) = е'а" , [Р(<у)| = 1 , огибающая собственного спектра системы имеет вид:

|и0(ю)| =

М

(С + iBa>)qx{a>) ^

(В)

С + iBco + q\{a>)

При \Р (й) )| = 1 выражение (8) представляет собой передаточную функцию системы, т.е. определяет собственную частотную характеристику системы. Полученное интегральное представление (7) является общим решением системы уравнений (1), описывающих движение массивного объекта при нулевых начальных условиях. Вынуждающее усилие P(t) должно описывать воздействие, обладающее конечной энергией за любой конечный промежуток времени.

В ДортрансНИИ РГСУ разработано программное обеспечение для расчета модельных задач многослойного грунтового массива, которое было использовано при расчете амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) конкретного участка автодороги. В качестве исходных данных для расчета были использованы данные реального строения дорожной одежды и подстилающего грунтового массива автодороги четвертой технической категории, соединяющий станцию СКЖД «Койсуг» и автомагистраль «Дон» (1089 км). В качестве полигона для натурных исследований был выбран участок на этой же автодороге. На рис.5 приведен один

1

из графиков, иллюстрирующих поведение многослойного основания без учета и с учетом воздействия массивного жесткого объекта.

О 20 40 60

Рис. 5. Расчётные АЧХ нормальных перемещений. Для сравнения с расчётными АЧХ перемещений была взята АЧХ перемещений, соответствующая реализации датчика №2 (рис.6) по схеме замеров 1 (ударное воздействие по оси на этом же участке дороги).

Рис. 6. АЧХ нормальных перемещений системы, полученная экспериментально (АО - нормирующий уровень).

Так как учитывалась осредненная реакция основания, расчётная АЧХ системы по модели с сосредоточенными параметрами хорошо коррелирует с АЧХ натурного эксперимента только в низкочастотной области до 10-12 Гц (расчетная масса М составляет 380т) при этом практически точно совпадает частота первого резонанса системы -2,5 Гц. Частота второго резонанса системы также хорошо совпадает с частотой второго резонанса подстилающего фунтового массива при расчете модели многослойного основания.

Основные результаты диссертации:

1. Разработан комплексный экспериментально-теоретический подход к изучению закономерностей генерации и распространения волновых полей в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции и основания;

2. На основе математической теории временных рядов и средств спектрального, корреляционного, статистического анализов получены оптимальные параметры алгоритмов обработки экспериментальных данных в зависимости от разных типов динамических воздействий;

3. На базе созданного аппаратно-программного комплекса и методологии его применения спланирован и проведен цикл экспериментальных исследований системы при натурных динамических воздействиях:

ударное воздействие с нормированными характеристиками удара;

проезд одиночного автомобиля (на разных скоростях движения);

встречные потоки автотранспортных средств;

колонна тяжелых грузовых автомобилей;

4. На основе анализа результатов натурных экспериментальных исследований системы получена новая информация по спектральным характеристикам реальных силовых воздействий автотранспортных средств, характеристикам распределения волновых полей в дорожной одежде и распространения упругих волн в системе в зависимости от скоростей движения транспорта, интенсивности потока, направленности движения. Исследованы процессы диссипации, распределения энергии возмущений по компонентам волнового поля относительно направления

дорожного полотна, в частности, получены закономерности распределения энергетического спектра частот отклика в пространстве многослойной среды дорожной конструкции;

5. Полученные экспериментальные данные формируют структурированную базу знаний для дальнейшего осмысливания и моделирования волновых полей в дорожных конструкциях, что определяет важное прикладное значение для оценки надежности и диагностики их состояния;

6. Разработанная аппаратура и методики измерения отклика дорожной одежды при динамических воздействиях получили признание в дорожной отрасли, что подтверждается государственными контрактами с управлением министерства транспорта РОСАВТОДОР на проведение научных исследований по данному направлению;

7. Разработана инженерная модель системы, как синтез моделей слоистой упругой среды и модели с сосредоточенными параметрами, на основании которой теоретически рассчитаны перемещения на поверхности многослойной конструкции дорожной одежды реального участка автодороги при нестационарном воздействии, указан диапазон ее применимости.

Основные публикации по теме диссертационной работы:

1. Суворов А.Б., Суворова Т.В. О характеристиках волновых полей, генерируемых движущимся транспортом в грунте //Труды VII Междунар. конф. «Современные проблемы механики сплошной среды».- Ростов-на-Дону: РГУ, 2001.- Т. 2,- С. 139-143.

2. Суворов А.Б., Суворова Т.В. Исследование волновых полей, генерируемых в грунте движением состава по железнодорожной магистрали //Известия вузов-Сев.- Кавк. регион, техн. науки.- 2001.- № 4.-С. 70-75.

3. Илиополов С.К., Углова Е.В., Суворов А.Б. Прогнозирование транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог с учетом динамического воздействия автомобилей // Материалы Всероссийской научно-техн. конф. «Концепция современного развития автомобилестроения и эксплуатации транспортных средств». - Новочеркасск, 2001.- С. 236-238.

2.003-А л „„

24 U7f2№ 198

4. Илиополов С.К., Селезнев М.Г, Суворов А.Б., Углова Е.В. Исследование динамических характеристик дорожных конструкций //Наука и техника в дорожной отрасли. - 2002,- В. 1.- С. 9-11.

5. Суворов А.Б. Мобильный информационно-измерительный комплекс для исследования волновых полей системы дорожные конструкции - грунт // Материалы II Российско-Украинского симп. «Новые информационные технологии в решении проблем производства, строительства, экологии» .Пенза, 2002,-С 152-156.

6. Суворов А.Б., Суворова Т.В. Системный анализ модели физической системы дорожные одежды - грунт при планировании натурного эксперимента // Материалы Междунар. научно-практ. конф. «Строительство-2002».-Ростов-на-Дону, 2002,- С.65- 66.

7. Суворов А.Б., Суворова Т.В. Сравнительный анализ конструкций антенных устройств для регистрации динамических характеристик исследуемых систем //Научная мысль Северного Кавказа,- 2002.- прил. N 12,- С. 96-100.

8. Суворова Т.В, Суворов А.Б. Экспериментальные методы динамического мониторинга искусственных сооружений // Материалы научно-практ. конф. «Проблемы строительства в сейсмоопасных регионах».- Ростов-на-Дону, 2002,- С.42-45.

9. Суворов А.Б. Экспериментальные исследования динамических воздействий автотранспортных средств на дорожные конструкции //Известия РГСУ.-Ростов-на-Дону, 2003,- №7,- С. 127-133.

ЛР020818 от 13.01.99. Подписано в печать 28.05.03.Формат 60x84/16. Бумага писчая. Ризограф.Уч.-изд.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 107.

Редакционно-издательский центр Ростовского Государственного строительного университета 344022, Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая, 162.

Введение.

Глава 1. Задачи экспериментального исследования волновых полей в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции, при натурных динамических воздействиях и средства их выполнения.

1.1 Постановка задач экспериментального исследования.

1.2 Обоснование основных требований к параметрам и характеристикам аппаратной части для натурных исследований.

1.3 Общая характеристика мобильного виброизмерительного комплекса.

1.4 Техническое описание аналоговой части.

1.5 Техническое описание цифровой части.

Глава 2. Особенности методологии исследования волновых полей в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции, при натурных динамических воздействиях.

2.1 Системный анализ физической системы «дорожная одежда - грунт» при планировании натурного эксперимента.

2.2. Особенности распространения волнового поля в дорожных одеждах и прилегающем грунтовом массиве.

2.3. Точность измерения компонент волнового поля.

2.4. Особенности конструкции и установки антенных устройств.

2.5. Методика проведения натурного эксперимента.

Глава 3. Обработка и анализ экспериментальных данных.

3.1 Общие вопросы обработки, алгоритмы анализа экспериментальных данных.

3.2 Обработка и анализ данных в частотной области с использованием процедуры быстрого преобразования Фурье.

Глава 4. Натурные экспериментальные исследования слоистых сред, составляющих дорожные конструкции.

4.1 Характеристика места проведения исследований.

4.2. Экспериментальные исследования влияния антенных конструкций на точность измерений ортогональных компонент волнового поля.

4.3. Исследования системы «дорожная одежда - грунт» при ударном воздействии.

4.4 Исследование системы «дорожная одежда - грунт при реальных динамических воздействиях.

Глава 5. Инженерная теоретическая модель динамического взаимодействия дорожной конструкции и грунта.

Заключен ие.

Транспортные автомагистрали являются неотъемлемой частью современности и необходимым средством развития отечественной экономики. В условиях значительного увеличения интенсивности грузоперевозок, повышения грузоподъемности транспорта, скоростей его движения, особое значение имеет учет динамической составляющей нагружения автодорог. Её влияние на транспортно-эксплуатационное состояние автодорог, максимальный срок службы, на характеристики надежности конструкции в целом нельзя недооценивать. Кроме этого, транспортные магистрали являются сильнейшим источником техногенной вибрации и акустических шумов различного уровня, отрицательно влияющих на здоровье человека. Эти факторы необходимо учитывать, начиная со стадий проектирования, как самих магистралей, так и жилых зданий, наземных и подземных промышленных сооружений и коммуникаций, расположенных вблизи. При этом должны быть, безусловно, решены и экологические проблемы шумо и виброзащиты.

Решение комплекса описанных проблем эффективно выполнимо на основе комплексного исследования поведения автомагистралей при динамических воздействиях как теоретическими, так и экспериментальными методами. Учет особенностей генерации и распространения волновых полей движущимся транспортом, динамического характера нагружения возможен на основе методов механики деформируемого твердого тела с использованием математического аппарата, развитого для решения динамических смешанных и контактных задач. Именно последние достижения в этой области [16], [22] - [24], [31], [34], [46] - [48], [52], [60], [61], [67], [72], [75], [83], [90] позволили построить наиболее общую механико-математическую модель, адекватно отражающую основные особенности строения дорожной одежды и подстилающего грунта.

Фундаментальные теоретические исследования Ростовской школы механиков РГУ под руководством Воровича И.И, Бабешко В.А и их учеников позволили вплотную подойти к вопросам разработки и реализации модели, в которой учитывается строение дорожной одежды и подстилающего грунта наиболее близкое к реальному, с учётом пространственного характера ее напряженно-деформированного состояния при динамических воздействиях. Это модели, построенные и реализованные под руководством Илиополова С.К., Селезнева М.Г. и их учеников.

Система "дорожная одежда — грунт" реального строения является многопараметрической и позволяет строить механико-математические модели различных уровней [35], [36]. В наиболее общей постановке ее описывает пространственная динамическая задача механики сплошной среды. Дорожная конструкция представлена пакетом соединенных между собой слоев конечной толщины и ширины с плоскопараллельными границами. Она контактирует с грунтом, представляющим собой слоистое полупространство. Деформация всех элементов системы, учитывая уровень реального динамического воздействия движущегося транспорта, может описываться уравнениями динамической теории вязкоупругости [56]. При необходимости учета пористости материала, а также его обводненности, можно использовать модель гетерогенной среды, например модель Био [73]. Пространственная постановка задачи позволяет исследовать влияние скорости движения нагрузки на напряженно-деформированное состояние конструкции. Однако решение такой задачи связано с большими трудностями как математического, так и технического, вычислительного характера. В настоящее время разработка и практическая реализация метода исследования пространственной задачи, анализ ее решения и выделение диапазона применимости, а также степени точности моделей более низкого уровня практически завершены [36]. К моделям следующего, более низкого уровня, следует отнести плоскую модель и модель неограниченного многослойного полупространства. Первая основана на использовании краевой задачи теории вязко упругости в плоской постановке и позволяет достаточно точно учесть реальное строение конструкции в сечении. Наличие отработанных методов и программных комплексов для построения решения дает ей существенные преимущества. Основным недостатком плоской модели является невозможность учета изменений НДС вдоль конструкции и описания эффектов, связанных с движением нагрузки при задании ее в качестве постоянной величины для любого сечения. Следующий уровень моделей получен при исключении условия ограниченности конструкции дорожной одежды по ширине, то есть при представлении всей конструкции, в качестве многослойного полупространства с плоскопараллельными границами. Разработка и реализация методов и алгоритмов исследования этой задачи связаны с геофизическими приложениями. Для этой модели существует хорошо отработанный и строго обоснованный математический аппарат, позволяющий достаточно эффективно строить решение при анализе рассматриваемых характеристик динамического НДС. Базируется он на интегральных преобразованиях с применением принципа предельного поглощения [10], [16], [46]. Недостатком следует считать неограниченность структуры по ширине и невозможность описать возникающие в реальности эффекты. Последующий уровень моделей связан с упрощением структуры системы за счет уменьшения в ней числа слоев при осреднении определенным образом упругих характеристик материала [15].

Моделирование характеристик входных воздействий на систему «дорожная одежда - грунт» также является актуальной задачей. В общем случае силовое воздействие движущего автотранспортного средства на рассматриваемую систему можно определить, решая обратную задачу модельной задачи «дорожный профиль- автомобиль». В настоящее время достаточно хорошо изучены статистические характеристики микропрофиля основных типов автомобильных дорог[86]. Решены задачи модельного ряда системы «дорожный профиль - автомобиль» в рамках, начиная с простейших двухмассовых (подрессоренная масса - кузов, неподрессоренная масса -колесо) расчетных схем и до сложных, многомассовых расчетных схем с учетом разных конструктивных особенностей подвесок автомашин, которые описываются простыми системами дифференциальных уравнений движения. Здесь по спектральной плотности возмущения однородного изотропного случайного поля рельефа дорожного покрытия определяются динамические характеристики автомобиля, в том числе вертикальные и угловые ускорения подрессоренных и неподрессоренных масс. В задачах исследования только динамических нагрузок, при определении возмущений вместо профиля (рельефа) используют микропрофиль (микрорельеф). Различия в первом приближении определяются отсутствием самых низкочастотных спектральных составляющих (спуски, подъемы, косогоры) [86].

Однако реализация даже самой простой математической модели системы "дорожная одежда-грунт" при обширном численном эксперименте на ПК представляет значительные трудности. Это связано с неоднозначностью критериев подобия для элементов системы "дорожная одежда-грунт" и способа их нагружения, а также с принципиальными сложностями моделирования неограниченной геофизической структуры подстилающего грунта. Кроме этого, низкочастотные составляющие спектра волнового поля делают практически невозможным корректное использование прямых численных методов, например метода конечного элемента, так как это приводит к большому порядку итоговых систем и не позволяет получить достоверный результат при работе на современных ПК. Использование исключительно аналитических методов при решении подобных задач в общей постановке также малоэффективно ввиду сложности строения элементов системы и возможно лишь в рамках механико-математической модели, допускающей для поставленных целей необходимую идеализацию динамического воздействия. Итак, к весомым недостаткам механико-математических моделей следует отнести следующие два фактора: идеализация силового воздействия на исследуемую систему, идеализация самой системы "дорожная одежда - грунт При идеализации силового воздействия не учитываются реальные характеристики динамического воздействия одиночного автотранспортного средства, такие как: осцилляция силового воздействия с частотным спектром, характерным определенному типу автотранспортного средства с учетом спектральной реакции дорожного полотна, касательные составляющие силового воздействия, зависящие от скоростных режимов движения автотранспортного средства (режимы разгона, торможения), от геометрии колес, конструктивного типа шин, радиуса поворота и др. Тем более не учитываются реальные характеристики динамического воздействия встречных потоков автотранспортных средств разных типов. Степень идеализации самой системы "дорожная одежда-грунт" для конкретной механико-математической модели определяет цель исследовательских работ и учитывает только наиболее существенные для достижения поставленных целей факторы. Поэтому любая модель неполна и не тождественна оригиналу. При этом одним из ограничивающих моментов для применения механико-математического моделирования является отсутствие возможности получения полного объёма информации о физико-механических свойствах материалов реального строения дорожной одежды.

Существенная адаптация конкретной механико-математической модели к реальной системе возможна на основе анализа и сравнения расчетных данных с результатами натурного эксперимента. Только на основе натурных исследований поведения реальной исследуемой системы возможна оценка адекватности конкретной механико-математической модели.

Значимые результаты в дорожной отрасли для решения частных задач расчета и проектирования автодорог с применением механико-математического моделирования получили циклы научно-исследовательских работ проведённые в ДортрансНИИ Ростовского Государственного Строительного Университета под руководством Илиополова С.К., Селезнева М.Г. [35-37, 46-48, 80]. При этом обширные численные исследования с использованием высокопроизводительных ПК и современного программного обеспечения позволили разработать планы натурных экспериментальных работ, выяснить требуемые характеристики измерительной аппаратуры, наметить сроки наблюдения, оценить в целом стоимость проведения экспериментальных работ.

На момент начала натурных исследований системы «дорожная одежда-грунт» из открытых источников были известны незначительные, отрывочные сведения о проведении аналогичных работ за рубежом [102]. Толчком к широкомасштабным натурным исследованиям системы в ДорТрансНИИ РГСУ послужила работа [46], в которой с помощью сейсмического оборудования для геофизических исследований были проведены исследования волновых полей вблизи автомагистралей. Полученные результаты имели ряд серьёзных ограничений и носили исключительно качественный характер, однако показали возможность получения новой информации о исследуемой системе. Например: диапазон анализируемых частот отклика системы устанавливался в пределах, используемых для анализа только сейсмосигналов (всего в 1-10 Гц); ввиду отсутствия отработанных методик замеров, низкой чувствительности используемых датчиков (стандартные сейсмоприёмники типа СМЗ-КВ) и соответственно низкого соотношения сигнал / шум, погрешность оценки сигналов отклика системы была достаточно высока, кроме этого отсутствие оптимального согласования датчика со средой при установке на грунт и дорожное полотно ещё более увеличивало погрешность оценки полученных результатов.

Анализ этих исследований показал необходимость существенного изменения концепции, требований и подходов для разработки виброизмерительного комплекса применительно для целей натурного исследования системы «дорожная одежда-грунт». Однако, при разработке технического задания (ТЗ) на комплекс задача была поставлена шире -многоцелевое использование виброизмерительного комплекса в строительстве: измерение техногенных вибрационных полей и их влияние на искусственные строительные сооружения, анализ свободных колебаний дорожных конструкций, мостов, мостовых переходов, зданий, сооружений, прилегающих грунтовых массивов.

Проработка этого вопроса показала, что требуемый виброизмерительный комплекс является уникальным. Серийно или единично отечественной промышленностью не выпускается и может быть разработан в рамках НИРа или ОКРа научно-производственными отечественными или по специальному заказу зарубежными фирмами. В качестве зарубежного аналога было выбрано оборудование датской фирмы «Брюль и Кьер», ведущей в Европе в области виброизмерений, в качестве отечественных аналогов - разработки научно-производственных фирм «L-card» и «Диамех». Учитывая специфику технических требований, ценовой анализ в ДорТрансНИИ РГСУ в рамках ОКРа с научно-производственными фирмами при РГУ был разработан, изготовлен и испытан такой многоцелевой мобильный информационно-измерительный комплекс.

Цель диссертационной работы

На основании комплекса современных теоретических и экспериментальных средств и методов исследовать закономерности процессов распространения волновых полей в системе слоистых сред дорожных конструкций и оснований при динамических воздействиях. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- на основе анализа аналитико-численных результатов, полученных при решении пространственных модельных задач системы «дорожная одежда — грунт» [36]осуществить планирование экспериментальных исследований;

- разработать аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий выполнение задач натурных экспериментальных исследований;

- разработать методики измерений волновых полей в исследуемой системе при различных динамических воздействиях;

- провести цикл натурных исследований системы и адекватную обработку, интерпретацию и анализ полученных экспериментальных данных при различных динамических воздействиях;

- разработать инженерную модель исследуемой системы, используя синтез моделей слоистой упругой среды и модели с сосредоточенными параметрами, численно исследовать волновые поля на поверхности многослойной дорожной конструкции, подстилающего грунтового массива во временной и частотных областях;

- провести сравнительный анализ результатов численного и натурного экспериментов реального участка автодороги.

Научная новизна

Научную новизну составляют следующие результаты, полученные автором:

- применен комплексный экспериментально-теоретический подход к исследованию процессов динамического деформирования слоистых сред дорожных конструкций и их оснований,

- на базе уникального аппаратно-программного комплекса получил дальнейшее развитие вибрационный метод экспериментального исследования волновых полей в слоистых средах;

- разработаны методики измерений волновых полей на поверхности исследуемой системы и алгоритмы обработки экспериментальных данных при ударном воздействии, проезде одиночного автомобиля, потока автотранспортных средств во встречных направлениях движения,

- проведен обширный натурный эксперимент на реальных участках автодорог, построена инженерная модель для одного из них;

- по результатам анализа экспериментальных данных получена новая информация по характеристикам распределения волнового поля и распространения упругих волн в дорожных конструкциях и подстилающем грунтовом массиве, позволяющая провести: а) оценку адекватности разработанных математических моделей динамического взаимодействия системы различных уровней сложности; б) уточнение сложных математических моделей системы путем уюта реальных характеристик воздействия автотранспортных средств; в) разработку критериев оценки работоспособности автодорог. Структу ра и содержание диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложений 1-4.

Основные результаты диссертации: получил дальнейшее развитие комплексный теоретический и экспериментальный подход к изучению закономерностей распространения волновых полей в слоистых средах, составляющих дорожные конструкции и основания, при натурных динамических воздействиях;

- проведены разработка, изготовление, испытания эффективных аппаратных средств, выявлены особенности методологии их применения для исследования волновых полей систем с распределенными параметрами;

- на основе математической теории временных рядов и средств спектрального, корелляционного, статистического анализов получены оптимальные параметры алгоритмов обработки полученных экспериментальных данных в зависимости от типов динамических воздействий;

- на базе разработанного аппаратно-программного комплекса и методологии его применения спланирован и проведен цикл экспериментальных исследований системы при натурных динамических воздействиях:

- ударное воздействие с нормированными характеристиками удара;

- проезд одиночного автомобиля (на разных скоростях движения);

- встречные потоки автотранспортных средств;

- колонна тяжелых грузовых автомобилей.

- на основе анализа результатов натурных экспериментальных исследований системы получена новая информация по спектральным характеристикам реальных силовых воздействий автотранспортных средств, характеристикам распределения волновых полей в дорожной одежде и распространения упругих волн в системе в зависимости от скоростей движения транспорта, интенсивности потока, направленности движения. Исследованы процессы

Заключение

1. Абдужабаров А.Х. Сейсмостойкость автомобильных и железных дорог, Бишкек, 1996. 225 с.

2. Аки К., Ричарде П. Количественная сейсмология. T.l. М.: Мир, 1983. 519 с.

3. Алексеев А.С., Михайленко Б.Г. Расчет нестационарных волновых полей в неоднородных средах.-В сб.: Вычислительные методы в геофизике. М.: 1981. с.6-21.

4. Аникин О.П. Применение сейсморазведки для исследования железнодорожных насыпей. В сб. науч. тр. ЦНИИС. М.: 1972. В 59. с. 18-24.

5. Апестин В.К., Шак A.M., Яковлев Ю.М. Испытание и оценка прочности нежестких дорожных одежд. М.: Транспорт, 1977

6. Арнольд Э.Э., Добрынин С.А. Многоканальный измерительный информационный комплекс // Методы решения задач машиноведения на вычислительных машинах. М. Наука, 1979. с 43-47.

7. Афанасьев B.JT. , Васильев B.C. Хачатуров А.А. Определение оценки спектральной плотности случайного процесса с помощью ЭВМ. М.1972 с 115-120 Труды МАДИ.

8. Афанасьев В.Л. Васильев B.C. Хачалуров А.А. «Спектральные характеристики поверхностей некоторых участков дорог» М 19972, с 120-153 Труды М АДИ.

9. Ашихмин В.Н. и др. Под редакцией докт. физ.-мат. наук, проф. Трусова П.В. Введение в математическое моделирование М.: Интермет инжиниринг, 2000., 336с

10. Бабешко В.Л. Обобщенный метод факторизации в пространственных динамических смешанных задачах теории упругости. М.: Наука, 1984. 256 с.

11. Барченков А.Г. Котуков А.Н. Сафронов B.C. Применение корреляционной теории для динамического расчета мостов Строительная механика и расчет сооружений 1970 №4 с 43-48.

12. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых тел. Часть 1. Малые деформации. М.: Наука, 1984. 600 с.

13. Бендат Дж.,Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1983. 312 с.

14. Бендат Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных1. М.: Мир, 1989. 540с.

15. Бируля А.К. Конструирование и расчет нежестких одежд автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1964. 167 с.

16. Боев С.И., Селезнев М.Г. Об одном подходе в нестационарных задачах теории упругости // Изв. СКНЦ ВШ. Естеств. науки. 1989. № 2, с.76-81.

17. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем М. Наука 1979, 335с

18. Больших А.С., Васильева Р.В. и др. под редакцией Клюева В.В. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара Справочник в 2-х книгах Кн.,- 447с, Кн.2,- 439с, М. Машиностроение, 1978.

19. Бреховских JI.M., Годин О.А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989.411 с.

20. Бурау Н.И., Марчук П.И., Тяпченко А.Н. Анализ современных методов обработки акустических сигналов для использования взадачах виброакустической диагностики. //Акустичний вюник. 2001. №4. с. 3-10.

21. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и её инженерные приложения, М.: Наука, 1988.-480 с

22. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1966. 168 с.

23. Ворович И.И., Бабешко В.А. Динамические смешанные задачи теории упругости для неклассических областей. М.: Наука, 1979. 319 с.

24. Ворович И.И., Бабешко В.А., Пряхина О.Д. Динамика массивных тел и резонансные явления в деформируемых средах. М.: Научный мир, 1999. 246 с.

25. Гёлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: пер. с франц. М.:ДМК, 1999. 144 с.

26. Гликман А.Г., Стародубцев А.А.Опыт выявления тектонических нарушений методом спектрально-сейсморазведочного профилировалия. //Бюллетень РАН Экологическая безопасность, С-пб, 1997. № 1-2, с. 26-29.

27. Глушков Е.В., Кириллова Е.В. Динамическая смешанная задача для пакета упругих слоев //ПММ. 1998. Т.62, №3, с. 455-461.

28. Грановский В.А. Динамические измерения: Основы метрологического обеспечения. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 224 с.

29. Гузь А.Н., Кубенко В.Д.,Черевко М.А. Дифракция упругих волн,-Киев,: Наук, думка, 1978. 308 с

30. Градштейн Н.С., Рыжик Н.М. Таблицы интегралов, сугмм, рядов и произведений. М.: Наука. 1971. 1108 с.

31. Гринченко В.Т., Мелешко В.В. Гармонические колебания и волны в упругих телах. Киев: Наук. Думка. 1981. 283 с.

32. Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин М., Машиностроение, 224с

33. Долинский Е.Ф., Обработка результатов измерений, М. Стандарты 1973,191с

34. Жарий О.Ю., Улитко А.Ф. Введение в механику нестационарных колебаний и волн. Киев: Вища школа. 1989. 184 с.

35. Илиополов С.К.,. Селезнев М. Г, Углова Е.В. Динамика дорожных конструкций. Ростов-на-Дону: изд-во РИСУ, 2002. 258 с.

36. Илиополов С.К.,. Селезнев М. Г. Уточненный расчет напряженно-деформированного состояния системы «Дорожная одежда грунт». Ростов-на-Дону: изд-во РИСУ, 1997. 143 с.

37. Илиополов С.К.,. Селезнев М. Г., Суворов А.Б., Углова Е.В. Исследование динамических характеристик дорожных конструкций // Наука и техника в дорожной отрасли 2002. №1 с 9-11.

38. Коншин Г.Г. Спектральный состав пространственных колебаний грунта основной площадки земляного полотна // Вестник ВНИИЖТ. 1977, №4, с. 39-43.

39. Корсунский М.Б. Оценка прочности дорог с нежесткими одеждами. -М.; Транспорт, 1966. 153 с.

40. Космодамианский А.С., Сторожев В.И. Динамические задачи теории упругости для анизотропных сред. Киев: Наукова думка, 1985. 175 с.

41. Кренделл С. Случайные колебания М, Мир 1967г. 363 с.

42. Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции, М.: Наука. 1977. 298 с.

43. Кулаичев А.П. Компьютерный контроль процессов и анализ сигналов. М.: изд-во МПО Информатика и компьютеры, 1999. 291 с.

44. Локшин Г.П., Чеснокова И.В. « Транспортные магистрали и геологическая среда» Москва, Наука. 1992. 211 с.

45. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977.416 с.

46. Ляпин А.А. Селезнев М.Г., Собисевич Л.Е., Собисевич А.Л. Механико-математические модели в задачах активной сейсмологии. М.:ГНИЦПГК Минобразования России, 1999. 291 с.

47. Ляпин А.А., Селезнев М.Г., Собисевич А.Л. Локальное резонирование среды в окрестности полостей в слоистом полупространстве // Развитие методов и средств экспериментальной геофизики. Вып.2. -М.:ОИФЗ РАН, ГНИЦ ПГК Минобразования России. 1996. с 313-329.

48. Макс Ж. «Методика и техника обработки сигналов при технических измерениях», М.Мир, 1983. 312 с.

49. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М., 1990, 584 с.

50. Митчелл Л.Д. Уточненные методы вычисления частотнойхарактеристики при помощи быстрого преобразования Фурье // конструирование и технология машиностроения. 1982. №2. с 12-15.

51. Молотков JI.А. Матричный метод в теории распространения волн в слоистых средах. Л.:Наука, 1984.202 с.

52. Мусхелишвили Н.И. Сингулярные интегральные уравнения. М.: Наука, 1968.511 с.

53. Неуймин Я. Г,Модели в науке и технике, Л.: Наука, 1977. 298 с.

54. Нобл Б. Метод Винера-Хопфа. -М.: Изд-во инострлит., 1962. 278 с.

55. НовацкийВ. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с.

56. Олвер Ф. Асимптотика и специальные функции. М.: Наука, 1990. 528 с.

57. Осипов Л.А. Обработка сигналов на цифровых процессорах. Линейно-аппроксимирующий метод. М.: -Телеком, 2001. 112 с.

58. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. Основные методы. М.: Мир, 1982. 428 с.

59. Петрашень Г.И., Молотков Л.А., Крауклис П.В. Волны в слоисто-однородных изотропных упругих средах. Л.: Наука, 1982. 289 с.

60. Поручиков В.Б. Методы динамической теории упругости. М.: Наука, 1986. 328 с.

61. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Элементарные функции. Т.1, Специальные функции т. 2. М.: Наука, 1981.800 с.

62. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки результатов наблюдений М.: Наука 1968. 286 с.

63. Развитие вибрационных исследований Земной коры в Сибири.// Новосибирск, ИГ и Г СО АН СССР, 1989.

64. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.:- Наука, 1988. 712 с.

65. Рандал Р.Б. Частотный анализ. Дания: Брюль и Кьер, 1989. 436 с.

66. Рвачев В.Л., Проценко B.C. Контактные задачи теории упругости для неклассических областей. Киев: Наукова Думка, 1977. 236 с.

67. Ризниченко Ю.В., Сейсморазведка слоистых сред, М.: Недра, 1985. 184с.

68. Рудаков П.И., Сафонов И.В. Обработка сигналов и изображений. MATLAB 5.x. М.: Диалог-МИФИ, 2000. 416 с.

69. Свешников Ф.Г., Тихонов А.Н. Теория функций комплексной переменной. М.: Наука, 1967. 304 с.

70. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике М.: Наука 1987. 432 с.

71. Сеймов В.М. Динамические контактные задачи. Киев: Наукова Думка, 1976.284 с.

72. Сеймов В.М., Трофимчук А.Н., Савицкий О.А. Колебания и волны в слоистых средах. Киев: Наукова думка, 1990. 224 с.

73. Селезов И.Т., Ткаченко В.А. Исследование численным методом обращения неустановившихся движений упругого полупространства // ДАН УССР. Сер. А. 1977. №3, с.240-243.

74. Слепян Л.И., Яковлев Ю.С. Интегральные преобразования в нестационарных задачах механики. Л.: Судостроение, 1980. 343 с.

75. Смирнов А.В, Прикладная механика дорожных и аэродромных конструкций: Учеб. пособие. Омск: Изд. ОмГТУ, 1993, 128 с.

76. Снеддон И. Преобразование Фурье. М.: Иностранная литература, 1955г.

77. Суворова Т.В., Суворов А.Б. «Экспериментальные методы динамического мониторинга искусственных сооружений» Материалы .научно-практической конференции «Проблемы строительства в сейсмоопасных регионах», Ростов-на-Дону, 2002 г., с 42-45.

78. Суворова Т.В.,Суворов А.Б. ««Экспериментальные методы динамического мониторинга искусственных сооружений» Материалы научно-практической конференции «Проблемы строительства в сейсмоопасных регионах», Ростов-на-Дону, 2002 г. с.42-45

79. Суворов А. Б., Суворова Т.В. Исследование волновых полей, генерируемых в грунте движением состава по железнодорожной магистрали. //Изв. Вузов. Сев. Кавк. регион, техн. науки. 2001. № 4, с. 70-75.

80. Суворов А. Б., Суворова Т.В. О характеристиках волновых полей, генерируемых движущимся транспортом в грунте. В сб.трудов УП межд. конф. «Совр. проблемы механики сплошной среды», Ростов-на-Дону: Ростовский Госуниверситет. 2001г.,Т.2 с. 139-144.

81. Суворов А. Б., Суворова Т.В Сравнительный анализ конструкций антенных устройств для регистрации динамических характеристик исследуемых систем. //Научная мысль Кавказа. 2002. прил. №12, с.96-100.

82. Суворов А.Б., Суворова Т.В. Системный анализ модели физической системы дорожные одежды грунт при планировании натурного эксперимента сборник материалов междунар. .научно-практической конф. «Строительство-2002», г Ростов-на-Дону, 2002 г., с.65- 66

83. Сумбатян М.А., Чарлетта М. Колебания поверхности двухслойного упругого полупространства с периодической системой трещин // ПММ. 1998. Т. 62, № 2. с.323-328.

84. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982. 624 с.

85. Улитко А.Ф. Метод собственных векторных функций в пространственных задачах теории упругости. Киев: Наукова Думка, 1979. 261 с.

86. Уфлянд Я.С. Интегральные преобразования в задачах теории упругости. Ленинград: Наука, 1967.

87. Фелсен JL, Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. Т. 1. М.: Мир, 1978. 548 с.

88. Хачатуров А.А. и др., Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель, М. Машиностроение 1976., 535с

89. Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров, М.: Наука, 1968. -400с.

90. Ч.Чжань Анализ и выделение сейсмических сигналов М.:Мир, 1986. 240с.

91. Чичинин И.С. Вибрационное излучение сейсмических волн. М.: Недра, 1984. 224 с.

92. Шульга Н.А. Основы механики слоистых сред периодической структуры. Киев: Наукова Думка, 1981. 200 с.

93. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел Т. 1 Малые деформации. М .: Наука, 1984г. 600 с

94. Achenbach J.D. Wave propagation in elastic solids. -Amsterdam: North-Holland Publ. Co., 1973. 452 p.

95. Alterman Z., Karal F. Propagation of elastic waves in layered media by finite differences methods // Bull.Seism.Soc.Amer. 1958. V.58. №1. -P.367-398.

96. Ben-menahem A., Singh S.J. Seismic waves and sources. -New York: Springer-Verlag, 1981. -1108 p.

97. Chin R.C., Hedstrom G., Thigpen L. Matrix methods in synthetic seismograms // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1984. V.77, №2, P.483-502.

98. De Hoop A.T. A modification of Cagniard's method for solving seismic pulse problems //Appl.Sci.Res. 1960. Bd. 8, P.349-356.

99. Dunkin J.W. Computations of modal solutions in layered elastic media at high frequencies // Bull.Seism.Soc.Amer. 1965. V.55, №2, p.335-358.

100. Fang Yingguang Dynamic singular solution of orthotopic layered elastic half-plane and its application // Comput. Struct. Mech. And Appl. 1995. 12, №2, p. 231-238.

101. Harkrider D.G. Surface waves in multilayered elastic media 1. Rayleigh and Love waves from buried sources in a multilayered elastic half-space // Bull.Seism.Soc.Amer. 1964. V.54,p. 627-679.

102. Haskell N.A. The dispersion of surface waves on multilayered media // Bull.Seism.Soc.Amer. 1953. V.43,№1, p.17-34.

103. Keilis-Borok V.I., Neigaus M.G., Shkadinskaya G.V. Applications of the theory of eigen-functions to the calculations of surface waves velosities // Rev. Geoph. 1965. V.3, №1.

104. Luxemburk Fr. Chovan dinamicky namahanych construkc netych vorovek (Informace oVysledofch resenf) //Silnicni obror. 1991, 8,236-237.

105. Thomson W.T. Transmission of elastic waves through a stratified medium //J.Appl.Phys. 1950. 21, №1, p. 89-93.

106. Zhang Jianfeng, Liu Shu A propagation matrix method for elastic wave propagation in stratified anisotropic media // Acta mech. solida sin. 1996. 17, №3, p. 273-277.

107. Ziv M. A half-space response to a finite surface source of an impulsive disturbance. //J. Acoust. Soc. Amer. 1991. 89, N4, Pt.l, p. 1556-1571.

108. Рис 1 Блок-схема виброизмерительного комплекса

109. Рис 1.2. Передняя панель прибора ИВ-1

110. Рис 1.3. Задняя панель прибора ИВ-1

111. Рис 1.4. Функциональная схема модуля Е-330•:::;::::■;Liiss1. Х-*. t^atsai as:

112. Рис 4.20. АВХ (по компонентам) отклика на ударное воздействие, АУ прямоугольнойконструкции на грунте, удар №2. Числовые характеристики АВХ

113. Dx=0,061562 RMS=0,248117 Мах=2,716456 Min=-3,331044

114. Dx=0,003546 RMS=0,059552 Max=0,604397 Min=-0,708103

115. Dx=0,009573 RMS=0,097839 Max= 1,067500 Min=-1,195000