Техника - молодёжи 1983-05, страница 7

РЕКИ СХОДЯТСЯ НА... СХОДНЕ

стов, демонстрируются на Выставке достижений народного хозяйства СССР. О двух таких работах, отмеченных дипломами ВДНХ СССР, наш рассказ.

УДИВИТЕЛЬНАЯ ЦЕНТРИФУГА

Стоит нажать кнопку на пульте управления, и центробежная установка медленно, как бы нехотя начинает раскручиваться. Но проходят считанные секунды — и скорость стремительно нарастает. На табло мигают цифры — 10, 25, 30...

— Это ускорение, — поясняет оператор.

Еще мгновение, и через смотровое стекло уже ничего не различишь — все слилось, и только нарастающий гул из подземной бетонной камеры с двойными звуко-и виброизолирующими стенками свидетельствует о том, что могучая центрифуга на полном ходу.

Это одна из самых крупных центробежных установок в мире. Находясь на службе у исследователей, она позволяет проникать в невидимый мир процессов, происходящих в грунтах и грунтовых сооружениях, определять допустимую нагрузку на них и разрабатывать меры по предотвращению их разрушения.

В современном строительстве, а в гидротехническом особенно, используют множество строительных материалов — от новейших пластмасс до горных пород и грунтов. Все они, составляя одно сооружение, взаимодействуют друг с другом. И проявляется это прежде всего в том, что одни элементы передают другим свою нагрузку — как динамическую, так и статическую, Плотина гидротехнического сооружения, например, воздействует на грунт основания собственным весом, а огромное водохранилище своим напором вызывает в ней сдвигающие усилия. Кроме того, добавляется неизбежная фильтрация влаги через основание, вибрации, которые возникают при течении воды через водослив, и, наконец, сейсмические колебания при землетрясениях (они требуют особого внимания при строительстве высоконапорных гидроузлов). Если все это учесть, нетрудно представить, какой тщательный расчет деталей конструкций необходим, чтобы гарантировать надежность сооружения в целом.

Конечно, зная механические свойства каждого из материалов, из которых состоит конструкция, мож

но рассчитать, как будет вести себя та или иная деталь сооружения под нагрузкой. Однако этого недостаточно. Чтобы максимально приблизиться к натурным условиям, используют метод физического моделирования, то есть исследования проводят на моделях, во много раз уменьшенных, но геометрически подобных реальному сооружению. Для этого используют такой же материал, как в натуре. Воздействуя на модель заданными силами, регистрируют ее деформации, разрушения и напряжения в ней.

Но возникает сложность. Оказывается, так можно поступать с любыми материалами, кроме грунтовых. Последние при малых и больших нагрузках ведут себя по-разному. А поскольку на модели напряжения воссоздаются во столько же раз меньшими, во сколько раз сама модель меньше натуры, неизбежно возникают значительные погрешности.

Как их избежать? Ученым пришла мысль заменить недостающую нагрузку, то есть силу тяжести на модели, другими силами — например инерции, возникающими при вращении. Именно для такого моделирования и применяется уникальная центробежная установка, на которой может быть достигнуто ускорение, равное 320 g (напомним, что g — ускорение свободного падения — 9,8 м/с²).

Машина центробежного моделирования может развивать любую плавно регулируемую скорость вращения от 0 до 340 об/мин — в линейных величинах это 400 км/ч. Центробежная установка представляет собой систему электрических машин, механизмов, дистанционных датчиков, телевизионных камер. Ее раскручивает двигатель до максимума за 2—3 мин. От двигателя

крутящии момент передается через редуктор на вертикальный вал, на котором жестко закреплено коромысло длиной 5 м. Оно вместе с подвешенными к нему по концам и шарнирно закрепленными каретками и составляет вращающуюся часть машины.

При разгоне центрифуги на каретки (в одной помещается испытываемая модель, другая служит противовесом) начинают действовать центробежные силы, которые, как известно, зависят от массы тела, скорости движения и радиуса вращения (он равен 2,5 м). Так вот, если каретка — а ее масса вместе с испытываемой моделью ?остав-ляет до 800 кг — вращается с максимальной скоростью, ее вес достигает... 256 т! А это-то как раз и нужно для исследований таких мощных грунтовых сооружений, как плотины, дамбы, откосы.

Хорошо, но ведь в натуре разрушительные силы проявляются исподволь, месяцами и даже годами, прежде чем окажут пагубное воздействие на сооружение, а на испытываемой модели мы получаем такие же результаты всего лишь за несколько часов, даже минут... Как же увязать одно с другим? Оказывается, здесь действует закономерность, которая была установлена еще в 30-е годы профессором Г. И. Покровским, теоретиком центробежного моделирования (Г. И. Покровский был членом редколлегии нашего журнала более 40 лет. — Примеч. ред.). Она заключается в том, что скорость процессов фильтрации и консолидации, то есть уплотнения в поле центробежных сил, увеличивается в п² раза, где п — масштаб моделирования. Следовательно, если модель выполнена в масштабе 1 : 100 и испыты-вается соответственно при 100 g,

вр^|длюц)ии</н токосъемник

А1 EMU (4JS.1WM Т1К1Ь