Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження

Проведены эксперименты по деформированию структурированной модельной среды, образованной элементами в виде слоев одинакового диаметра, под воздействием импульсной нагрузки. Показано, что диаграммы деформирования такой среды зависят от размеров элементов структуры и характера их взаимодействия. Иссле...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Геофизический журнал
Дата:2014
Автори: Микуляк, С.В., Поляковський, В.О.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2014
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100404
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження / С.В. Микуляк, В.О. Поляковський // Геофизический журнал. — 2014. — Т. 36, № 2. — С. 120-126. — Бібліогр.: 22 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859639731306889216
author Микуляк, С.В.
Поляковський, В.О.
author_facet Микуляк, С.В.
Поляковський, В.О.
citation_txt Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження / С.В. Микуляк, В.О. Поляковський // Геофизический журнал. — 2014. — Т. 36, № 2. — С. 120-126. — Бібліогр.: 22 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Геофизический журнал
description Проведены эксперименты по деформированию структурированной модельной среды, образованной элементами в виде слоев одинакового диаметра, под воздействием импульсной нагрузки. Показано, что диаграммы деформирования такой среды зависят от размеров элементов структуры и характера их взаимодействия. Исследовано деформирование структурированной среды при многократной нагрузке. Experiments on deformation structured model medium formed by elements in the form of balls of the same diameter under the impulse loading are performed. It is found that the stress-strain diagram of such medium depends on the size of structure elements and the nature of their interaction. The character of deformation of the structured medium by multiple loads is investigated.
first_indexed 2025-12-07T13:21:02Z
format Article
fulltext С. В. МИКУЛЯК, В. О. ПОЛЯКОВСЬКИЙ 120 Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 Вступ. У процесі динамічного деформуван- ня природні структуровані середовища часто проявляють властивості, які не характерні для однорідних матеріалів. Так, в експериментах з імпульсним навантаженням сухого піску випу- клість діаграми деформування може змінюва- тися залежно від швидкості навантаження піс- ку [Ляхов, 1968]. Згідно з результатами деталь- ніших експериментальних досліджень ударно- хвильового навантаження піску [Рыков, Ско- беев, 1978; Брагов и др., 2001], вигляд діаграми деформування залежить не лише від швидкості навантаження, а й від гранулометричного скла- ду і вологості піску. Очевидно, що структуро- вані середовища такого типу (гранульовані середовища) мають значно більше внутрішніх степенів свободи і між цими степенями сво- боди відбувається неперервний процесс пере- розподілу енергії. Цей перерозподіл залежить від структурної будови, форми структурних елементів, характеру взаємодії елементів, на- явності флюїдів тощо. Як показують експери- менти з використанням оптичного методу [Ис- следование..., 1982; Travers et al., 1988; Miller et al., 1996; Behringer et al., 1999; Losert et al., 2000; Zhou et al., 2010; Венгрович и др., 2011], методу нейтронної дифракції [Vensrich et al., 2012], ме- тоду рентгенівської томографії [Desrues et al., 1996; Fu, 2005] і методів, за якими вимірюють силові характеристики у окремих елементах структури [Даниленко та ін., 1996; Mueth et al., 1998; Blair et al., 2001], а також комп’ютерне моделювання [Cundall, Strack, 1979; Herrmann, УДК 550.34 Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження © С. В. Микуляк, В. О. Поляковський, 2014 Відділення геодинаміки вибуху Інституту геофізики НАН України, Київ, Україна Надійшло 25 червня 2013 р. Представлено членом редколегії В. А. Даниленком Проведены эксперименты по деформированию структурированной модельной среды, об- разованной элементами в виде слоев одинакового диаметра, под воздействием импульсной нагрузки. Показано, что диаграммы деформирования такой среды зависят от размеров эле- ментов структуры и характера их взаимодействия. Исследовано деформирование структу- рированной среды при многократной нагрузке. Ключевые слова: структурированная среда, диаграмма деформирования, импульсная на- грузка, деформация. Luding, 1998; Bardenhagen et al., 2000; Kruyt, Antony, 2007; Микуляк, 2007; Даниленко, Ми- куляк, 2008], механізми деформування струк- турованих середовищ, зокрема гранульованих, мають особливості, за якими вони суттєво від- різняються від процесів деформування в одно- рідному середовищі. У цій роботі експериментально досліджено вплив розмірів елементів структури та харак- теру взаємодії між ними на макрохарактерис- тики модельного структурованого середовища, зокрема на діаграму деформування, за його ім- пульсного навантаження. Методика досліджень. Експериментальні дослідження деформування структурованих середовищ проводили на стенді (рис. 1), який складається із товстостінного циліндра з порш- нем (1), закріпленим на масивній металевій плиті (5), пристрою для вимірювання зміщень поршня (4) та металевого ударника (2), який по напрямних (3) рухається під дією сили тя- жіння і ударяється об поршень, здійснюючи імпульсне навантаження поршня, який, у свою чергу, передає навантаження на структуроване середовище, що міститься у циліндрі. Струк- туроване середовище формується масивом металевих кульок однакового розміру. Кульки засипають у циліндр, після чого встановлюють поршень, ущільнюючи середовище таким чи- ном, щоб об’єм щоразу був однаковим. Це дає змогу отримати в кожному досліді однакову початкову щільність. Поршень (рис. 1, б) складається із двох час- ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ ... Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 121 тин, між якими встановлено датчик сили. Обидві частини поршня з’єднані за допомо- гою напрямних, які забезпечують одновимір- ність руху. Зміщення поршня реєструють за допомогою датчика (4) — трубки з прорізом, з одного боку якої встановлений фотоеле- мент, з іншого — джерело світла. На поршні закріплена шторка зі спеціальним профілем, яка частково перекриває світловий потік, що випромінює джерело. Фотоелемент формує відповідну електричну напругу, яку надалі ре- єструють числовим осцилографом. Для згладжування імпульсу навантаження використовують гумову прокладку, яка розта- шована на верхній поверхні поршня і по якій наносять ударником удар. Необхідність її вико- ристання зумовлена тим, що в реальних умовах створити ідеально плоский ударний фронт над- звичайно складно, оскільки незначна нерівність на поверхні ударника чи поршня або незначне відхилення ударника від вертикалі призводить до того, що на осцилограмах з’являються ви- сокочастотні паразитичні осциляції. На рис. 2 показано початковий імпульс сили, отриманий за навантаження поршня ударником без про- кладки та з прокладкою у один і два шари. Заува- жимо, що використання прокладки забезпечує згладжування імпульсів, а це дає можливість от- римувати подібні імпульси за однакових ударів. Результати експериментальних дослі- Рис. 1. Eкспериментальний стенд для дослідження деформування гранульованого середовища під дією імпульсного навантаження: а — загальний вигляд; б, в — циліндр і поршень. Пояснення див. у тексті. С. В. МИКУЛЯК, В. О. ПОЛЯКОВСЬКИЙ 122 Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 джень. За описаною вище методикою було проведено 3 серії досліджень деформування структурованих середовищ. У першій серії се- редовище складалось із металевих кульок діа- метром 3 мм, у другій це саме середовище було насичено флюїдом (мастилом), у третій серії досліджували деформування кульок діаметром 5 мм. Кількість структурних елементів вибира- ли із умови однакових об’ємів. Найхарактер- ніші часові залежності початкового наванта- ження, деформації середовища та відповідні діаграми деформування показано на рис. 3. Як видно, діаграми деформування масивів із різ- ними структурними елементами суттєво роз- різняються. Збільшення розміру структурних елементів спричинює значне підвищення за- лишкових деформацій (майже в 1,8 раза). Наявність флюїду змінює характер дефор- мування середовища. Суттєво зменшується коефіцієнт тертя між структурними елемен- тами середовища, що зумовлює збільшення швидкості його деформування, а отже, швидке переупаковування структурних елементів і, як наслідок, різке зростання жорсткості середо- вища. В результаті взаємодії з таким середови- щем поршень набуває значного прискорення у зворотному напрямку. Наявність у середовищі флюїду також впливає на форму діаграми де- формування: без флюїду стиснення середови- ща відбувається за кривою, випуклою догори (рис. 3, а), а за наявності флюїду — випуклість обернена донизу (рис. 3, б). Слід зазначити, що в окремих випадках ха- рактер деформування залежить від початково- го упакування масиву. Так, імовірне початкове розташування ланцюжків куль в одну лінію, перпендикулярну до площини навантаження, зумовлює збільшення жорсткості удару. В ре- зультаті поршень після взаємодії із середови- щем рухається у зворотному напрямку. Дефор- мації в разі навантаження такого середовища значно знижуються. Розглянемо особливості деформування гранульованого середовища за багаторазово- го імпульсного навантаження. Згідно з екс- периментами, в разі збільшення кількості по- слідовних навантажень середовище поступово ущільнюється, що призводить до збільшення жорсткості удару. В результаті зростає амплі- туда початкового імпульсу і зменшується його тривалість (рис. 4). Із рис. 4 видно, що зі збільшенням крат- ності навантаження масиви кульок поступово ущільнюються, що приводить до зниження їх залишкових деформацій. Незалежно від роз- мірів структурних елементів повне ущільнення настає при 4—5 навантаженнях. Після повно- го ущільнення масиву спостерігається значний рух поршня у зворотному напрямку. Висновки. Проведено серію експериментів Рис. 2. Характерні осцилограми початкового навантаження: а — без прокладки; б — через гумову прокладку в один шар; в — через гумову прокладку із двох шарів; U — напруга на датчику сили. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ ... Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 123 з деформування структурованого модельного середовища, утвореного елементами у ви- гляді кульок однакового діаметра. Розглянуто такі розміри структурних елементів: d = 3 мм та d = 5 мм. Побудовані за результатами експери- ментів діаграми деформування масивів із різ- ними структурними елементами мають суттєві відмінності. Збільшення розміру структурних елементів спричинює істотне підвищення зна- чень залишкових деформацій. За динамічного деформування структурованого середовища (діаметр елементів d = 3 мм) з додаванням не- великої кількості флюїду також впливає на форму діаграми деформування, змінюючи ви- пуклість діаграми у фазі навантаження. Експериментально досліджено характер деформування структурованого середовища за багаторазового навантаження. Внаслідок збільшення кратності навантаження середо- вище поступово ущільнюється. Незалежно від Рис. 3. Залежності сили F та деформації ε від часу t за імпульсного навантаження середовища та відповідні діаграми деформування масиву F(ε): а — масив із кульок діаметром d = 3 мм; б — d = 3 мм з доданням флюїду; в — d = 5 мм. С. В. МИКУЛЯК, В. О. ПОЛЯКОВСЬКИЙ 124 Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 Рис. 4. Діаграми деформування F(ε) середовища із кульок діаметром: а — 5 мм, б — 3 мм за багаторазового навантаження; F — сила; ε — деформація; n — кратність навантаження. розмірів структурних елементів повне ущіль- нення настає при 4—5 навантаженнях, після чого діаграма деформування не змінюється. Брагов А. М., Ломунов А. К., Деменко П. В. Иссле- дование физико-механических свойств мягких грунтов при ударе. Труды VI Забабахинских на- учных чтений. Снежинск, 2001. 21 с. Венгрович Д. Б., Губарь И. Н., Шеремет Г. П. Иссле- дование превращений динамической нагрузки в неоднородной зернистой среде. Импульсные про- цессы в механике сплошных сред. Материалы ІХ Междунар. науч. конф. Алушта, 2011. С. 94—97. Даниленко В. А., Бєлінський І. В., Венгрович Д. Б., Гржибовський В. В., Лемешко В. А. Особливості хвильових процесів у геофізичному середовищі при врахуванні їх структури. Доп. НАН України. 1996. № 12. С. 124—129. Даниленко В. А., Микуляк С. В. Комп’ютерне моде- лювання процесів динамічного деформування структурованого геофізичного середовища. Доп. НАН України. 2008. № 6. С. 123—129. Исследование массива горных пород методами фотомеханики (Под ред. Н. Ф. Кусова). Москва: Наука, 1982. 272 с. Ляхов Г. М. Определение вязких свойств грунта. Журн. прикл. механики и техн физики. 1968. № 4. С. 68—71. Микуляк С. В. Моделирование процессов динами- ческого деформирования дискретной среды под воздействием импульсной нагрузки. Физическая мезомеханика. 2007. Т. 10. № 6. С. 69—74. Рыков Г. В., Скобеев А. М. Измерение напряжений Список літератури в грунтах при кратковременных нагрузках. Мо- сква: Наука, 1978. 168 с. Bardenhagen S. G., Brackbill J. U., Sulsky D., 2000. Numerical study of stress distribution in sheared granular material in two dimensions. Phys. Rev. E. 62, 3882—3890. Behringer R. P., Howell D., Kondica L., Tennakoona S., Veje C., 1999. Predictability and granular materials. Physica D 133, 1—17. Blair D. L., Mueggenburg N. W., Marshall A. H., Jae- ger H. M., Nagel S. R., 2001. Force distributions in three-dimensional granular assemblies: Effects of packing order and interparticle friction. Phys. Rev. E 63, 041304(1-8). Cundal P. A., Strack O. D. L., 1979. A discrete numeri- cal model for granular assemblies. Geotechnique 29, 47—65. Desrues J., Chambon R., Mokni M., Mazerolle F., 1996. Void ratio evolution inside shear bands in triaxial sand specimens studied by computed tomography. Geotechnique 46(3), 529—546. Fu Y., 2005. Experimental quantification and DEM simu- lation of micro-macro behaviors of granular mate- rials using X-Ray tomography imaging. Louisiana State University, 251 p. Herrmann H. J., Luding S., 1998. Modelling granular media on the computer. Continuum Mech. Therm. 10, 189—231. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНОГО ДЕФОРМУВАННЯ ... Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 125 Kruyt N. P., Antony S. J., 2007. Force, relative-displace- ment, and work networks in granular materials sub- jected to quasi-static deformation. Phys. Rev. E 75, 051308. Losert W., Bosquet L., Lubensky T. C., Gollub J. P., 2000. Particle dynamics in shared granular matter. Phys. Rev. Lett. 85(7), 1428—1431. Miller B., O’Hern C., Behringer R. P., 1996. Stress fluctua- tions for continuously sheared granular materials. Phys. Rev. Lett. 77(15), 3110—3113. Mueth D. M., Jaeger H. M., Nagel S. R., 1998. Force distribution in a granular medium. Phys. Rev. E 57, 3164—3169. Travers T., Ammi M., Bideau D., Gervois D., Messager J.-C., Troades J.-P., 1988. Mechanical size effects in 2d granular media. J. Phys. France 49, 939—948. Vensrich C. M., Kisi E. H., Zhang J. F., 2012. Measure- ment and analysis of the stress distribution during die compaction using neutron diffraction. Granul. Matter 14(6), 671—680. Zhou Y., Wildman R. D., Huntley J. M., 2010. Measure- ment of the mechanical properties of granular packs by wavelength-scanning interferometry. Proc. Roy. Soc. A 466, 789—808. Bragov A. M., Lomunov A. K., Demenko P. V., 2001. Study of physical and mechanical properties of soft soils at impact. Proceedings of the VI Zababakhin Scientific Talks. Snezhinsk, 21 p. (in Russian). Vengrovich D. B., Gubar’ I. N., Sheremet G. P., 2011. Study transformations dynamic load in an inhomo- geneous granular medium. Switching processes in continuum mechanics. Proceedings of the IX Intern. Sci. Conf. Alushta, P. 94—97 (in Russian). Danilenko V. A., Belinskij І. V., Vengrovich D. B., Gr- zhibovskij V. V., Lemeshko V., 1996. Features wave processes in geophysical environment taking into account their structure. Dopovidi NAN Ukrainy (12), 124—129 (in Ukrainian). Danilenko V. A., Mikuljak S. V., 2008. Computer simulation of dynamic deformation of geophysical structured environment. Dopovidi NAN Ukrainy (6), 123—129 (in Ukrainian). The study of rock mass methods photomechanics, 1982. (Ed. N. F. Kusova). Moscow: Nauka, 272 p. (in Rus- sian). Ljahov G. M., 1968. Determination of the viscous prop- erties of the soil. Zhurnal prikladnoj mehaniki i tehnicheskoj fiziki (4), 68—71(in Russian). Experimental study of dynamic deformation structured medium under the impulse loading © S. V. Mykulyak, V. O. Polyakovskiy Experiments on deformation structured model medium formed by elements in the form of balls of the same diameter under the impulse loading are performed. It is found that the stress-strain diagram of such medium depends on the size of structure elements and the nature of their interaction. The character of deformation of the structured medium by multiple loads is investigated. Key words: structured environment, stress-strain diagram, the impulse load, deformation. References Mikuljak S. V., 2007. Modelling of processes of dynamic deformation under the influence of a discrete me- dium pulse loading. Fizicheskaja mezomehanika 10(6), 69—74 (in Russian). Rykov G. V., Skobeev A. M., 1978. Measurement of stres- ses in soils transient load. Moscow: Nauka, 168 p. (in Russian). Bardenhagen S. G., Brackbill J. U., Sulsky D., 2000. Numerical study of stress distribution in sheared granular material in two dimensions. Phys. Rev. E. 62, 3882—3890. Behringer R. P., Howell D., Kondica L., Tennakoona S., Veje C., 1999. Predictability and granular materials. Physica D 133, 1—17. Blair D. L., Mueggenburg N. W., Marshall A. H., Jae- ger H. M., Nagel S. R., 2001. Force distributions in three-dimensional granular assemblies: Effects of packing order and interparticle friction. Phys. Rev. E 63, 041304(1-8). Cundal P. A., Strack O. D. L., 1979. A discrete numeri- cal model for granular assemblies. Geotechnique 29, 47—65. Desrues J., Chambon R., Mokni M., Mazerolle F., 1996. Void ratio evolution inside shear bands in triaxial С. В. МИКУЛЯК, В. О. ПОЛЯКОВСЬКИЙ 126 Геофизический журнал № 2, Т. 36, 2014 sand specimens studied by computed tomography. Geotechnique 46(3), 529—546. Fu Y., 2005. Experimental quantification and DEM simu- lation of micro-macro behaviors of granular mate- rials using X-Ray tomography imaging. Louisiana State University, 251 p. Herrmann H. J., Luding S., 1998. Modelling granular media on the computer. Continuum Mech. Therm. 10, 189—231. Kruyt N. P., Antony S. J., 2007. Force, relative-displace- ment, and work networks in granular materials sub- jected to quasi-static deformation. Phys. Rev. E 75, 051308. Losert W., Bosquet L., Lubensky T. C., Gollub J. P., 2000. Particle dynamics in shared granular matter. Phys. Rev. Lett. 85(7), 1428—1431. Miller B., O’Hern C., Behringer R. P., 1996. Stress fluctua- tions for continuously sheared granular materials. Phys. Rev. Lett. 77(15), 3110—3113. Mueth D. M., Jaeger H. M., Nagel S. R., 1998. Force distribution in a granular medium. Phys. Rev. E 57, 3164—3169. Travers T., Ammi M., Bideau D., Gervois D., Messager J.-C., Troades J.-P., 1988. Mechanical size effects in 2d granular media. J. Phys. France 49, 939—948. Vensrich C. M., Kisi E. H., Zhang J. F., 2012. Measure- ment and analysis of the stress distribution during die compaction using neutron diffraction. Granul. Matter 14(6), 671—680. Zhou Y., Wildman R. D., Huntley J. M., 2010. Measure- ment of the mechanical properties of granular packs by wavelength-scanning interferometry. Proc. Roy. Soc. A 466, 789—808.
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100404
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0203-3100
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-07T13:21:02Z
publishDate 2014
publisher Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
record_format dspace
spelling Микуляк, С.В.
Поляковський, В.О.
2016-05-21T16:05:10Z
2016-05-21T16:05:10Z
2014
Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження / С.В. Микуляк, В.О. Поляковський // Геофизический журнал. — 2014. — Т. 36, № 2. — С. 120-126. — Бібліогр.: 22 назв. — укр.
0203-3100
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100404
550.34
Проведены эксперименты по деформированию структурированной модельной среды, образованной элементами в виде слоев одинакового диаметра, под воздействием импульсной нагрузки. Показано, что диаграммы деформирования такой среды зависят от размеров элементов структуры и характера их взаимодействия. Исследовано деформирование структурированной среды при многократной нагрузке.
Experiments on deformation structured model medium formed by elements in the form of balls of the same diameter under the impulse loading are performed. It is found that the stress-strain diagram of such medium depends on the size of structure elements and the nature of their interaction. The character of deformation of the structured medium by multiple loads is investigated.
uk
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
Геофизический журнал
Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
Экспериментальное исследование динамического деформирования структурированной среды под действием импульсной нагрузки
Experimental study of dynamic deformation of the structured medium under the impulse loading
Article
published earlier
spellingShingle Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
Микуляк, С.В.
Поляковський, В.О.
title Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
title_alt Экспериментальное исследование динамического деформирования структурированной среды под действием импульсной нагрузки
Experimental study of dynamic deformation of the structured medium under the impulse loading
title_full Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
title_fullStr Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
title_full_unstemmed Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
title_short Експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
title_sort експериментальне дослідження динамічного деформування структурованого середовища під дією імпульсного навантаження
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100404
work_keys_str_mv AT mikulâksv eksperimentalʹnedoslídžennâdinamíčnogodeformuvannâstrukturovanogoseredoviŝapíddíêûímpulʹsnogonavantažennâ
AT polâkovsʹkiivo eksperimentalʹnedoslídžennâdinamíčnogodeformuvannâstrukturovanogoseredoviŝapíddíêûímpulʹsnogonavantažennâ
AT mikulâksv éksperimentalʹnoeissledovaniedinamičeskogodeformirovaniâstrukturirovannoisredypoddeistviemimpulʹsnoinagruzki
AT polâkovsʹkiivo éksperimentalʹnoeissledovaniedinamičeskogodeformirovaniâstrukturirovannoisredypoddeistviemimpulʹsnoinagruzki
AT mikulâksv experimentalstudyofdynamicdeformationofthestructuredmediumundertheimpulseloading
AT polâkovsʹkiivo experimentalstudyofdynamicdeformationofthestructuredmediumundertheimpulseloading