ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МАСШТАБНОГО ЭФФЕКТА ПРИ ПЕРЕСЧЕТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИЙ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛИНЕЕК ИЗ ПЛОСКИХ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ НА НАТУРАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ

 

Штаборов Д.А. (САФУ имени М.В. Ломоносова, г. Архангельск, РФ)

 

In the article the estimation of influence of scale effect is presented at the count of results of experimental researches of inertia descriptions of lines from flat units on natural terms.

 

Масштабный эффект был открыт американскими инженерами в 30-е годы прошлого века, хотя существование размерного эффекта при растяжении тонких стержней было впервые описано в работах Леонардо да Винчи (16 в.). Затем, примерно через сто лет появилась концепция напряжений в работах Галилея. Однако серьезное внимание  на масштабный эффект обратили лишь во второй половине 20 века в связи с работой двух правительственных комиссий США и Великобритании, которые разбирались в причинах серии загадочных аварий и разрушений крупных инженерных объектов. Эти комиссии были созданы после двух загадочных аварий с кораблями в Европе, которые безо всяких причин развалились на две части в 1943 («Шенектэди») и 1947 году («Эссо Манхэттен») в спокойной воде, стоя на якоре.

Под руководством комиссий были проведены широкомасштабные и дорогостоящие исследования, направленные на выяснение причин этих аварий. Проверили все: правильность расчета конструкций, качество изготовления, качество материалов, квалификацию строителей, профессионализм фирм, которые строили корабли и многое другое. В том числе приняли во внимание и возможное влияние недавно открытого масштабного эффекта. Оказалось, что масштабный эффект имел место в тех случаях и был причиной множества разрушений того времени. Поэтому так важна проверка на влияние масштабного эффекта всех экспериментальных исследований, в том числе при исследований инерционных характеристик плоских сплоточных единиц (ПСЕ).

Для проверки влияния масштабного эффекта дополнительно были проведены экспериментальные исследования моделей линеек из ПСЕ в масштабе 1:6,7. Модели изготовлены из модельных бревен длиной 975±2 мм и 675±2 мм и толщиной 30±2 мм.

В моделях линеек из ПСЕ модельные бревна соединяли между собой скобами мебельного степлера. Модель, состоящая из двух однорядных ПСЕ представлена на рисунке 1. Ширина модели – 0,975 м , длина модели – 1,95 м, осадка модели – 0,0244 м, интервал между плитками отсутствует.

Экспериментальные исследования выполнены в опытовом бассейне кафедры водного транспорта леса и гидравлики Архангельского государственного технического университета по методике, как и для экспериментальных исследований в масштабе 1:20, рассмотренной в предыдущих публикациях [1, 2].

Рисунок 1 – Модель линейки в масштабе 1:6,7, состоящая из двух ПСЕ

 

Для проверки влияния масштабного эффекта было испытано 6 моделей линеек из ПСЕ. Всего по равноускоренному движению моделей линеек из ПСЕ в масштабе 1:6,7 обработано 30 опытов, каждый из которых повторялся не менее 5 раз. Габаритные размеры испытанных в данном масштабе моделей представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Габаритные размеры моделей

Обозначение модели	Длина, м	Ширина, м	Осадка, м	Интервал между ПСЕ, м
С102	1,95	0,975	0,0244	0
С112	1,95	0,975	0,0248	0,075
С122	1,95	0,975	0,0249	0,15
D102	1,95	0,675	0,0253	0
D112	1,95	0,675	0,0254	0,075
D122	1,95	0,675	0,0257	0,15

                                                                 

Основные характеристики каждой модели линейки из ПСЕ приведены  в таблице 2. По результатам экспериментальных исследований для каждой модели линеек из ПСЕ построен график зависимости усилий буксировки от средних скоростей движения модели. Для каждого графика методом наименьших квадратов отклонений подобрана теоретическая кривая вида. Для каждой модели линейки рассчитаны коэффициенты сопротивления формы. Рассчитанные коэффициенты сопротивления формы и трения представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Основные характеристики моделей линеек из ПСЕ и определение коэффициентов сопротивления

Обозначение модели	Объем модели, м3	Масса  модели, кг	Параметр	Площадь для определения сопротивления трения, м2	Площадь для определения  сопротивления формы, м2	Коэффициент сопротивления трения	Коэффициент сопротивления формы
С102	0,046453	36,962	9,756	1,94883	0,02379	0,00606	0,53891
С112	0,046453	37,507	9,881	2,02460	0,02418	0,00601	0,63266
С122	0,046453	37,708	9,985	0,09979	0,024278	0,00596	0,71595
D102	0,030839	25,966	6,752	1,36559	0,017078	0,00606	0,56783
D112	0,030839	26,120	7,554	1,41831	0,017145	0,00601	0,62607
D122	0,030839	26,398	6,950	1,47147	0,017348	0,00596	0,68373

 

На рисунке 2 черными треугольниками нанесена зависимость коэффициента формы от отношения длины к ширине модели линейки из ПСЕ в масштабе 1:6,7 на результаты модельных испытаний в масштабе 1:20.

Рисунок 2 – Зависимость

 

Данные проверки на масштабный эффект проверены на адекватность при помощи критерия Фишера. Критерий Фишера расчетный = 0,3, табличное значение = 1,6. , отсюда можно сделать вывод, что полученные данные адекватны полученным результатам модельных испытаний. А это в свою очередь, доказывает отсутствие масштабного эффекта и правомерность переноса получившихся данных на натурные объекты.

 

Литература

1. Штаборов Д.А. Проблемы лесосплава и методика исследований гидродинамических и инерционных характеристик линеек из плоских сплоточных единиц [Текст]:/ П.Н. Перфильев, Д.А. Штаборов / Научное творчество молодежи – лесному комплексу России. Материалы IV всероссийской научн.-техн.конф.  – Екатеринбург: Урал.гос.лесотехн.ун-т, 2008. – Ч.2.- с.46-49.

2. Штаборов Д.А. Обоснование методики исследований инерционных характеристик линеек из плоских сплоточных единиц [Текст]:/ Д.А. Штаборов, А.А. Митрофанов / Современная наука и образование в решении проблем экономики европейского севера. Материалы международной научн.-техн.конф., посвященной 80-летию АЛТИ-АГТУ – Архангельск: изд-во АГТУ, 2009. -с.58-62.