Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск
Том 16, № 4 (2017)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-4

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ 

335-342 462
Аннотация

Выведено условие равновесия остаточного краевого клиновидного нанодвойника в деформированном твердом теле. Вывод условия основан на необходимости равновесия баланса сил, действующих на каждую двойникующую дислокацию со стороны остальных дислокаций двойника. При этом не учитывали дислокационную структуру и напряженное состояние у устья нанодвойника. Использовали результаты теории дислокаций, полученные в рамках теории упругости и механики сплошных сред. Рассматривали составляющую результирующей силы, действующую в плоскости двойникования, в рамках допущения отсутствия движения двойникующих дислокаций в перпендикулярном плоскости двойникования направлении. В модели принимали дискретное распределение двойникующих дислокаций на двойниковых границах. Для уменьшения громоздкости расчетов рассматривали ограниченное число двойникующих дислокаций и принимали допущение о малости величины винтовой составляющей вектора Бюргерса, т. е. рассматривали краевой нанодвойник. Для уменьшения количества уравнений в системе условий равновесия использовали симметричность сдвиговой компоненты тензора напряжений. Вводили ограничение на порядок расположения двойникующих дислокаций на двойниковых границах. При этом полагали расположение пар двойникующих дислокаций разных двойниковых границ в одной плоскости, перпендикулярной плоскости двойникования. Учитывали, что в одной плоскости двойникования может находиться только одна двойникующая дислокация. Расчетами показано, что в идеальном ненагруженном кристалле возможно устойчивое и неустойчивое равновесие краевого нанодвойника. Устойчивое равновесие обеспечивается выстраиванием двойникующих дислокаций в стенку. Это приводит к исчезновению двойника в результате аннигиляции дислокаций границ двойника с его дислокациями у устья. Для обеспечения неустойчивого равновесия клиновидного краевого нанодвойника необходимо, чтобы вдоль длины двойника расстояние между двойникующими дислокациями равнялось межплоскостному расстоянию.

343-347 476
Аннотация

Построены и исследованы простейшие приближенные формулы для численного интегрирования функций, содержащих осциллирующие множители специального вида с параметром. Общие квадратурные формулы в этом случае могут быть использованы только при достаточно малых значениях параметра. Следовательно, чтобы получить формулы численного интегрирования, пригодные при изменении параметра в широких границах, необходимо заранее учитывать наличие сильно осциллирующих множителей. Это можно сделать, принимая, например, такие множители за весовые функции. Кроме того, поскольку параметр способен принимать значения, которые заранее предвидеть не всегда можно, приближенные формулы для вычисления таких интегралов необходимо строить так, чтобы они содержали этот параметр в буквенном виде и были пригодны для вычисления при любых, в частности при больших, значениях параметра. Вычислительные правила, обладающие такими свойствами, обычно получают путем разбиения промежутка интегрирования на элементарные с последующим приближением плотности интеграла на каждом элементарном промежутке многочленами первой, второй и третьей степеней, принимая при этом осциллирующие множители за весовые функции. В статье рассмотрен тот вариант, когда плотность интегралов на каждом элементарном промежутке аппроксимируется многочленом нулевой степени – константой, равной значению плотности в середине этого промежутка. Попутно сконструирована одна приближенная формула для вычисления несобственного интеграла по бесконечному промежутку от функции, содержащей осциллирующий множитель специального вида. При этом предполагали, что плотность несобственного интеграла достаточно быстро стремится к нулю, когда модуль аргумента неограниченно возрастает. Другими словами, она считается пренебрежимо малой вне некоторого конечного отрезка. Получены равномерные по параметру оценки погрешностей приближенных формул, позволяющие вычислять интегралы с заданной точностью.

348-354 386
Аннотация

Разработаны и опробованы методы оценки динамического усиления движения в биомеханике. Установлено, что широко используемые характеристики оценки влияния движения на механизмы и машины, такие как динамический коэффициент и коэффициент динамичности по ускорениям, при исследовании локомоций человека в условиях упругой опоры теряют смысл. Причиной является невозможность сравнить движение человека при контакте с упругой и жесткой опорами, так как с изменением жесткости опоры меняется и техника выполнения упражнения. При этом она еще зависит от текущего состояния конкретного спортсмена. Такая ситуация наблюдается в спортивной гимнастике. Изучена структура кинематических и динамических моделей движения человека. Установлено, что свойства упругой опоры в моделях отражаются: в явном виде, когда в моделях присутствуют параметры динамической деформации спортивного снаряда, и в неявном – в численно измененных параметрах движения самого человека. Первую часть можно оценить количественно, сравнив с расчетами по полным моделям. Для этого введены понятия выделенной и полной моделей. Предложено выделять модели для опоры и модели биомеханической системы, представляющие собой модели движения только опорно-двигательного аппарата человека. Выявлено, что выделенные модели опоры в кинематике и динамике различаются по структуре. В кинематике выделяют только параметры упругой деформации опоры, а в динамике – параметры опоры в явном виде и дополнительно – в моделях движения самого человека, и тоже в явном виде. На примере вычислительного эксперимента для большого оборота назад на гимнастической перекладине дана количественная оценка динамического усиления движения в моделях кинематики и динамики. Показано, что влияние спортивного снаряда на движение численно имеет тот же порядок, что и движение спортсмена без учета упругих свойств опоры.

355-362 395
Аннотация

Рассмотрена задача о прямолинейной трещине в упрочняющемся упругопластическом материале с нагрузкой, приложенной на бесконечности в условиях плоской деформации. При распространении J-интеграла на этот случай необходимо учитывать характерные особенности, связанные с потенциалом деформаций для сред с неголономными уравнениями состояния. В задаче о трещине в упругопластическом материале главный член асимптотического разложения в окрестности вершины имеет, наряду с неопределенным множителем, и неизвестный показатель сингулярности. Для стали 12Х18Н9Т показано, как из условия инвариантности энергетического интеграла можно отыскать показатель сингулярности главного члена напряжений. Приведены зависимости длины трещины, соотнесенной к допустимой длине по Гриффитсу, от приложенной нагрузки, соотнесенной к пределу текучести. Описаны представления J-интегралов для решения квазистатической задачи. Разработанный подход может использоваться для формулировки критерия разрушения упругопластического материала, содержащего прямолинейную трещину. Полученные теоретические зависимости по определению характеристик предельного состояния конструкции позволяют сделать мотивированный выбор геометрических параметров с учетом прочностных свойств материала. Результаты исследований могут быть использованы при разработке рекомендаций для создания конструкций с заданными свойствами. Данный подход целесообразно применять для определения предельных усилий и критического значения длины трещины для упругопластического материала.

СТРОИТЕЛЬСТВО 

275-281 480
Аннотация

Определены и систематизированы наиболее актуальные для дальнейшего изучения процессов, происходящих в районах жилой застройки, пригородные зоны крупных городов Беларуси. Рассмотрены: современные процессы трансформации и развития районов жилой застройки на исследуемых территориях; фактические изменения, происходящие в типологии жилищ и составе жителей пригородных зон; проблемы инфраструктурного обустройства пригородных территорий, сохранения и развития рекреационной и экологической функций пригородных зон крупных городов. Изложена гипотеза возможности усовершенствования работы системы расселения за счет использования цифровых технологий, дана характеристика архитектурно-художественному состоянию жилой среды. Основные методы исследования – натурные обследования, анализ статистических данных, проектной и нормативной документации. В результате выявлено, что для определения реальных потребностей в школах, детских садах, других объектах общественного обслуживания необходимо детальное изучение состава жителей поселений. Для упорядочения застройки пригородных территорий крупных городов Беларуси требуется разработка градостроительных регламентов, учитывающих реально складывающуюся типологию жилых зданий и состав жителей. Происходящие процессы трансформации традиционного расселения в пригородных зонах крупных городов нуждаются в разработке новых требований к их инфраструктурному обустройству. Требуются усовершенствование системы мониторинга и реагирование на запросы населения и возникающие проблемные ситуации. Имеются условия для формирования активных сообществ жителей пригородных территорий. Необходимо согласованное развитие всех форм и видов использования пригородных зон крупных городов. Для эффективного выполнения пригородными территориями рекреационной и экологической функций нужно формировать, развивать и сохранять сети ландшафтно-рекреационных территорий.

282-288 526
Аннотация

Покрытия автомобильных дорог в процессе эксплуатации подвергаются интенсивным механическим воздействиям, ультрафиолетовому облучению, знакопеременным температурам (замораживанию и оттаиванию), высушиванию и увлажнению. В связи с этим на дорожном покрытии появляются повреждения различного вида. Наиболее характерный и опасный вид разрушений – микротрещины поверхностного слоя. Одна из основных причин их образования – воздействие погодно-климатических факторов, связанных со значительными изменениями температуры поверхности покрытия и появлением в верхнем слое больших градиентов температур. В связи с этим при проектировании и эксплуатации автомобильных дорог актуально исследование напряженного состояния дорожного покрытия, вызванного температурным воздействием. Цель исследований авторов – определение допустимых градиентов температур для цементобетонного дорожного покрытия, не допускающих образования микротрещин на их поверхности, и толщины поврежденного поверхностного слоя. Выполнены расчеты дорожного покрытия при различных законах распределения температуры по его глубине. Для исследования напряженного состояния цементобетонных покрытий автомобильных дорог использован конечно-разностный метод, реализованный в компьютерной программе PARUS. Получены закономерности распределения напряжений в цементобетонном покрытии автомобильных дорог при различных температурах поверхности. Установлены допустимые градиенты температуры в верхнем слое покрытия и дана оценка толщины слоя, в котором образуются микротрещины. При расчете использован критерий прочности, основанный на процессе образования и развития микротрещин в бетоне. Возможность появления микротрещин в дорожном покрытии зависит от прочности материала, условий закрепления плиты и градиентов температур.

289-297 465
Аннотация

Существующая система неразрушающего контроля бетона конструкций фактически ориентирована на использование продольных акустических волн. Это обусловлено простотой технической реализации измерений скорости (времени) прохождения акустического импульса в бетонном массиве. Но оборотной стороной простой методики измерений является потеря дополнительной информации о бетоне, которая содержится в принятом акустическом сигнале. Поэтому применение ультразвукового метода контроля бетона ограничивается оценкой его прочности. Совместное использование нескольких типов волн – так называемый мультиволновой контроль – позволяет улучшить метрологические показатели ультразвукового метода и получить больше информации при определении физикомеханических свойств бетона в лабораторных и натурных условиях. В статье рассматривается испытание бетона протяженных элементов и конструкций ультразвуковым импульсным методом на основе использования продольных подповерхностных волн и волн Релея. Для типовых акустических преобразователей со значительным временем реверберации и не обладающих пространственной селективностью предлагается методика временной селекции волновых составляющих по амплитудному признаку. Основа методики – визуальное (по осциллограмме принятого сигнала) определение характеристических моментов времени, по которым рассчитывается дифференциальное значение скорости распространения импульса волны Релея. Представлены результаты моделирования процесса распространения акустического импульса на базе 0,15 м и данные ультразвуковых натурных испытаний бетона на измерительных базах от 0,25 до 1,75 м. Преимущество использования большой базы прозвучивания – возможность выполнения сплошного контроля поверхности крупноразмерных элементов и конструкций, а не выборочного в отдельных зонах контроля, как это предусмотрено действующими нормативами. Чувствительность параметров волны Релея к приповерхностным дефектам бетона позволит оперативно выявлять участки трещиноватости железобетонной конструкции. Локализация энергии поверхностной волны в слое толщиной λ/2–λ при соответствующем выборе частоты колебаний даст возможность не учитывать присутствие арматуры. Кроме этого, большая база измерений позволяет снизить влияние структурной неоднородности бетона на статистическую устойчивость оценки скорости импульса, что в перспективе открывает возможность регистрировать проявление эффекта акустической упругости бетона конструкций в натурных условиях.

298-303 665
Аннотация

Защита территорий от затопления паводковыми водами и создание польдерных систем осуществляются с помощью дамб обвалования. Одно из основных требований к компоновке польдерных систем в поймах рек – размещение оградительных дамб за пределами пояса меандрирования русла во избежание их размыва при развитии речных излучин. Ширина пояса меандрирования может быть установлена на основе анализа топографических съемок руслоформирования за многолетний период, а при отсутствии таких данных рассчитана по формуле Б. Ф. Снищенко. При обваловании речного русла пойменная емкость уменьшается, соответственно уровень воды в междамбовом пространстве и скорость прохождения паводкового потока значительно возрастают. Поэтому дамбы следует располагать на таком удалении от русла, чтобы не вызвать существенного повышения уровня воды и увеличения скоростей течения в междамбовом пространстве. Для обоснования проектных параметров систем обвалования, создания благоприятного гидравлического режима на этих системах и обеспечения устойчивости оградительных дамб разработана методика гидравлического расчета обвалования рек. Основными ее фрагментами являются расчеты пропускной способности обвалованного русла и подъема уровня воды в междамбовом пространстве, а также расстояния между дамбами и отметки их гребня. Особенность предлагаемых расчетных формул – учет взаимодействия руслового и пойменного потоков, в процессе массообмена между которыми происходят замедление потока в русле и ускорение потока на пойме. Это явление учитывается введением коэффициентов кинематического эффекта соответственно к составляющим расхода воды в русле и на пойме. Приведенные зависимости для определения отметки гребня оградительных дамб (соответственно их высоты) учитывают подъем уровня воды в междамбовом пространстве для двух типов польдерных систем: незатапливаемых (зимних) дамб при уровне максимального весеннего половодья и затапливаемых (летних) при уровне летне-осенних паводков. Предложенные расчетные формулы могут быть рекомендованы к применению в проектных организациях.

304-314 455
Аннотация

За последние 100 лет развитие математической статистики достигло высокого уровня. Для практических расчетов, анализа и сравнения различных стохастических процессов широко используется универсальный относительный и безразмерный показатель, называемый коэффициентом вариации. При малом количестве измерений (менее 30) изучаемого параметра до сих пор используются разные методики оценки возможных колебаний определяемых величин, основанные на свойствах закона распределения Гаусса. При этом количество измерений, выполняемых с помощью этих закономерностей, может значительно увеличиваться, что позволяет надежно (правильно) оценивать числовые характеристики изучаемых параметров. Однако согласно ГОСТ 21153.2–84, несмотря на корректировку методики определения минимально необходимого количества измерений (менее 30), этого оказалось недостаточно для получения надежного обеспечения безопасности, например, в области строительства (катастрофические аварии: в Москве – Трансвааль-парк и Басманный рынок; в Польше, Франции – зрелищные сооружения и др.). В 2007 г. предложено использовать критерий хи-квадрат при определении необходимого количества измерений в случае, если их менее 30, на что получены патенты Евразийского патентного ведомства и Республики Беларусь. При этом использовалось предложение К. А. Браунли, поддержанное создателем точной математической теории вероятности А. Н. Колмогоровым по оценке доверительных пределов величины дисперсии при помощи критерия хи-квадрат. Приведены результаты расчетов необходимого количества измерений по четырем методикам и сравнение этих результатов. Оказалось, что в случае использования критерия хи-квадрат для уровня надежности 0,9 и более необходимо самое большое количество измерений (определений). С ростом коэффициента вариации и расчетного уровня надежности увеличивается необходимое количество измерений. Сделана попытка применения «робастной» методики как не зависящей от формы закона распределения для определения минимально необходимого количества измерений. На основании многолетнего практического использования стохастических характеристик различных параметров и процессов предложена классификация нестабильности на базе величин коэффициентов вариации.

315-323 486
Аннотация

Рассматривается возможность использования песчаного асфальтобетона в качестве материала для защиты как асфальтобетонных, так и цементобетонных дорожных покрытий от воздействия внешних разрушающих факторов. Определены недостатки и преимущества дорожных покрытий из песчаного асфальтобетона. Приведены рекомендации по улучшению свойств песчаного асфальтобетона. Проанализированы возможные варианты использования комплексно-модифицированных песчаных асфальтобетонов в дорожном строительстве. Отмечено, что по своим потенциально возможным физико-механическим свойствам активированные кварцевые пески совместно с микроармированием их дисперсными отходами промышленности являются эффективным компонентом для создания конструктивных слоев дорожных асфальтобетонных покрытий. В статье затронуты лишь отдельные аспекты эффективного применения кварцевых песков в дорожном асфальтобетоне. Тема представляет интерес для регионов, где отсутствуют месторождения горных пород для получения щебня, но имеется значительное распространение местных кварцевых песков. Их успешное применение связано с необходимостью создания специального оборудования для физикохимической активации поверхности зерен песка, позволяющей резко усилить адгезионную прочность на разделе фаз в системе «битум–SiO2». Рассматриваемая проблема актуальна: ее решение позволит максимально использовать местные пески и частично исключить применение щебня в дорожном строительстве.

324-334 437
Аннотация

В Европе для теплоснабжения зданий активно используются гелиосистемы. Использование солнечной энергии в нашей стране также эффективно, поскольку общее количество прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, в климатических условиях Беларуси равно среднеевропейскому. В статье проанализирована существующая зависимость для определения эффективности гелиосистемы и предложена измененная формула расчетов при проектировании систем солнечного потребления, правомерность которой доказана экспериментом. Приведены разработанная схема экспериментальной установки с пояснениями и кратким описанием проведения опытов и основные результаты выполненных исследований. Эксперименты проводили для гелиосистем с естественной и вынужденной циркуляцией теплоносителя. Уделено внимание получению максимально возможного температурного потенциала теплоносителя при работе гелиосистемы в периоды высокой и низкой интенсивности солнечного излучения. Даны рекомендации по практическому применению гелиосистем для многоэтажных жилых домов и домов усадебного типа. Показаны технологические принципы построения «пассивных» устройств солнечного отопления. Для эксплуатационных условий Беларуси выполнено сравнение гелиосистем традиционно применяемого и предлагаемого альтернативного решений. Предложена гелиосистема горячего водоснабжения многоэтажных зданий, впервые реализованная в республике при проектировании и возведении в г. Могилеве энергоэффективного демонстрационного десятиэтажного жилого дома в рамках Проекта Программы развития ООН и Глобального экологического фонда «Повышение энергетической эффективности жилых зданий в Республике Беларусь».



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)