Закономерности контактного взаимодействия малоразмерных опорных элементов шагающих машин со слабонесущими грунтами

Обсуждаются результаты конечно-элементного моделирования механики контактного взаимодействия малоразмерных опорных элементов (стоп) шагающих машин со слабонесущими грунтами. Сформулирована плоская контактная задача для жестких стоп прямоугольной формы, взаимодействующих с упругопластичной опорной поверхностью. Применялись нелинейные модели поведения грунта при нагружении. Реализован двухэтапный итерационный алгоритм решения рассматриваемой нелинейной задачи в вычислительной системе конечно-элементного анализа ANSYS. Задача решалась в условиях больших деформаций опорной поверхности. Результаты моделирования показали, что при взаимодействии стопы малого размера с опорной поверхностью нагружен достаточно большой объем грунта. При нормальном нагружении наибольшие напряжения и деформации имеет место непосредственно под стопой. Здесь может иметь место разрушение почвогрунта. На нормируемой глубине 0,5 м напряжения уменьшаются. Верхний слой грунта остается малонагруженным. Помимо вертикальных деформаций имеет место «выдавливание» грунта вправо и влево из-под стопы. При сдвигающей нагрузке поля напряжений и деформаций утрачивают симметричный характер. Зоны наибольших эквивалентных напряжений и деформаций смещаются в сторону действия касательной нагрузки. Наибольшие грунтовые напряжения имеют место под стопой и на боковой поверхности стопы. В направлении сдвигающей нагрузки существенно нагружен весь массив грунта, включая его верхние слои. Вблизи стопы, в зоне наибольших напряжений, появляется характерный участок, где грунт выдавливается вверх. Здесь имеет место процесс, обратный уплотнению грунта. Показано, что использование стоп с малой опорной поверхностью приводит к нежелательному росту грунтовых напряжений в зоне контакта. С другой стороны, у малоразмерных стоп имеет место уменьшение зоны уплотнения почвы, и ее верхний слой нагружается меньше. Также у малоразмерных стоп опорная поверхность используется более эффективно - напряжения по ее длине распределяются более равномерно, а боковая поверхность выполняет роль грунтозацепа.

шагающий движитель, взаимодействие движителя с грунтом, контактное взаимодействие, математическое моделирование, напряженное состояние грунта