ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
2266
В статье [1] авторами предложено использование генетических алгоритмов, которые являются классом эвристических алгоритмов. Генетический алгоритм – это алгоритм поиска, используемый для решения задач оптимизации и моделирования путем случайного подбора, комбинирования и вариации искомых параметров с использованием механизмов, напоминающих биологическую эволюцию. Исходными данными для работы генетического алгоритма является фитнес-функция, величина исходной популяции, количество потомков получаемых после действия операторов скрещивания, а также параметры действия операторов скрещивания.
Действие генетического алгоритма можно описать следующим образом: на первом этапе генерируется случайный генетический набор для определенного количества особей исходной популяции; на втором этапе определяется соответствие генетического набора особей исходной популяции, фитнес – функции (т.е. эвристической оценочной функции H(V)); на третьем этапе происходит скрещивание. В соответствии с уровнем соответствия каждая особь получает возможность передать гены потомку. Обмен генами осуществляется при помощи различных операторов, таких как «кроссинговер», «мутация» и др.
Список использованных источников
1. Солонуха А.С., Слонова М.Б. Оптимизация проектирования планетарных механизмов // Сборник докладов IV Республиканской студенческой научно-практической конференции по математике, механике и информатике (5-6 апреля 2012 г.). Том I. – Астана: ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2012. – 383-386 с.
2. Филиппова Т.С., Солонуха А.С., Квон Св.С. Выбор чисел зубьев и проверка условий синтеза планетарных механизмов //Труды международной научной конференции
«Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030». Часть 3 – Караганда: Изд-во КарГТУ, 2011. – С. 258-260.
3. Большакова Е. И., Мальковский М. Г., Пильщиков В. Н. Искусственный интеллект.
Алгоритмы эвристического поиска – М.: Издательский отдел факультета ВМК МГУ, 2002. – 83 с.
4. Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку и анализ алгоритмов. – М.: Мир, 1981. – 368 с.
5. Ахо А. В., Хопкрофт Д. Э., УльманД.Д. Структуры данных и алгоритмы. – М.:
Вильямс, 2001 – 315 с.
УДК 631.31.631.4
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ ПОЧВ
Султанова Ирина Николаевна1, Мусиева Мейрамгуль Амангельдиевна1, Кантарбаев Нурлан2,
1студенты, 2магистрант Западно-Казахстанского аграрно-технического университа имени Жангир хана, г. Уральск, Казахстан
Научный руководитель – Б.Н. Нуралин
Изменения состояния почвы зависит от ее свойств, способа обработки, энергии, подведенной к почвенному пласту, и энергии, ушедшей на перевод свойств почвы из исходного в требуемое состояние (рис. 1).
При проектировании почвообрабатывающих машин инженера интересуют свойства почвы, как объекта механической обработки, прямо или косвенно отражающие ее проч- ностную характеристику. Теоретические исследования Подскребко М. Д., Кушнарева А. С.
показали [1,2], что для определения конструктивных параметров рабочих органов с
2267
деформаторами и их режимов работы необходимы данные о физических постоянных почв (модуль деформации Е, модуль сдвига G и коэффициент Пуассона ), определяемые опытным путем. Для солонцовых почв физические постоянные изучены недостаточно и сведения о них в литературе отсутствуют. Методика, применяемая для определения подобных характеристик у металлов, не приемлема для почв в связи с техническими трудностями и большими погрешностями. Учитывая, что давление рабочих органов на почву изменяется от 0,1 до 0,6 мПа и в этих пределах зависимость между деформацией и напряжением линейная [2, 3, 4, 5]. Указанные характеристики для солонцовых почв можно определить другим способом [6, 7].
Рисунок 1 – Технологический процесс обработки почвы
Рассмотрим сжатие элементарного объема почвы при невозможности бокового расширения, т.е. когда будут действовать только напряжения σх,σу,σz (рис. 2).
Рисунок 2 – Сжатие объема почвы при невозможности ее бокового расширения.
1.- тензометрическая обойма; 2. - поршень; 3. - нижняя пластина; 4. - почва
Из анализа выделенного элементарного объема почвы следует, что относительные деформации в направлениях осей X и У равны нулю (х = у = 0), напряжения σx,σу, равны между собой, а напряжение вдоль вертикальной оси z – распределенному давлению р, действующему на почву. Относительные деформации х, у, z определяются по обобщенному закону Гука. Подставив в уравнение относительной деформации х значение
у х σ
σ и х = 0, найдем
х уz/
1
. (1) Обозначив /1 через ξ , получимσx σz , (2) где ξ – коэффициент бокового давления, характеризующий отношение горизонтального давления к вертикальному при невозможности бокового расширения.
2268
Обозначив давление на стенки через dq, а вертикальное давление через dp, получим следующую зависимость
ξ dp
dq . (3) Интегрируя уравнение (3), получим
qξpc, (4) где с - постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий (состоянием) почвы.
Согласно уравнению (4) на графике в координатах ( р, q) коэффициент бокового давления представляет собой тангенс угла , образованного прямой с осью р. Постоянная с равна величине отрезка, отсекаемого прямой на оси р. Постоянная интегрирования имеет отрицательное значение и равна капиллярному давлению рк [3].
Формула для практического определения коэффициента бокового давления, согласно рисунку 3, будет иметь вид
pk
p q
(5)
Рисунок 3 – Зависимость между вертикальным и горизонтальным давлениями
Зная коэффициент бокового давления
ξ
, можно определить коэффициент Пуассона
/1 . (6) Относительная деформация в направлении оси z равна
1 21
z 2
z . (7) Тогда модули деформации и сдвига можно определять по формулам
p 1 21 2 z
, (8)
2 1 21 1 p G
z 2
. (9) Таким образом, по формулам (6)-(9) возможно рассчитать физические константы солонцов, если экспериментально будет определена величина бокового давления ξ и относительная деформация z сжатия образца почвы при невозможности его бокового расширения.
Лабораторные опыты по определению физических постоянных солонцов проводились на отобранных образцах. В связи с тем, что существует различие между механическими, физическими и химическими свойствами солонцового и подсолонцового горизонта, физические постоянные определялись для каждого из них.
2269
Для определения модуля деформации и коэффициента Пуассона нами использовался переоборудованный прибор для испытания грунтов на сдвиг (рис. 4). Из упругой стали толщиной 0,08мм изготовили цилиндрическую тензометрическую обойму с площадью поперечного сечения 40см2. На тензометрическую обойму наклеивали последовательно с интервалом в 900 четыре тензометрических датчика, сопротивлением 50Ом.
Компенсирующие датчики наклеивались на аналогичную обойму, которая во время проведения опытов находились в таких же условиях, что и измерительная.
Рисунок 4 – Переоборудованный прибор для испытания грунтов на сдвиг:
1.- тензометрическая обойма; 2. - поршень; 3. - нижняя пластина; 4. – почва; 5.- измеритель статической деформации ИСД -3; 6.- индикатор
Монолиты почвы, отобранные на опытном участке, доводились до определенной влажности (способом капиллярного насыщения). Они выдерживались во влажных опилках 2…3 суток, затем помещались в эксикатор на 4…5 суток для равномерного распределения влаги по объему. Из этих монолитов с помощью специальных вырезных стаканов вырезались образцы для опытов.
Во время сжатия почвы в обойме поле напряжения внутри образца искажается трением грунта о стенки тензометрической обоймы, поверхность поршня и нижнюю пластину. Чтобы уменьшить эти показания, влияющие на точность опыта, поверхность обоймы, поршня и пластины покрывалась фторопластом. В результате этого в 2…3 раза уменьшалось трение почвы о поверхности.
В процессе проведения опытов нормальное давление р на образец почвы изменяли ступенями от 0,05мПа до 0,6мПа. Перемещение сжимающего поршня
z регистрировалось индикатором, а боковое давление на стенки обоймы измерителем статической деформации ИСД -3.
На основании полученных опытных данных строились графики зависимости бокового давления q от величины осевой нагрузки P, по которым определяли коэффициент бокового давления и по полученным зависимостям (5), (8), (9) вычисляли значения коэффициента Пуассона , модуля деформации Е и модуля сдвига G.
Полученные значения , Е, G для солонцового и подсолонцового горизонтов почвы представлены на рисунках 5, 6 [8].
2270
а). б).
Рисунок 5 – Зависимость модуля сдвига G и модуля деформации Е почвы от влажности W:
а) солонцового горизонта; б) подсолонцового горизонта.
а). б).
Рисунок 6 – Зависимость коэффициента бокового распора ξ и коэффициента Пуассона μ почвы от влажности W: а) солонцового горизонта; б) подсолонцового горизонта.
На основании экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:
1.Модули деформации и сдвига почвы подсолонцового горизонта больше солонцового. Это связано с тем, что подсолонцовый горизонт имеет более тяжелый механический состав и большую плотность.
2. Величина коэффициента Пуассона солонцовых почв зависит от влажности. С ее повышением коэффициент Пуассона возрастает. При оптимальной влажности 18…25% для почвы солонцового горизонта = 0,25…0,42, а для почвы подсолонцового горизонта = 0,26…0,39.
3. Величины модулей деформации и сдвига зависят от влажности. С увеличением влажности они уменьшаются по гиперболической зависимости. Для почвы солонцового горизонта Е=14,0…2,6 мПа, G =5,6…1,0 мПа, а почвы подсолонцового горизонта Е
=21,0…10,0 мПа, G = 7,5…3,0 мПа при оптимальной влажности 18…25%.
4. При влажности почвы больше 27% модули деформации и сдвига сохраняют постоянное значение.
5. При относительной влажности 10…15% в почве проявляются в основном хрупкие свойства, так как min, Е max, а при влажности 30…35% - пластичные, max, Е min.
6. В общем случае почва упругая, вязкопластичная среда и в зависимости от ее влажности в большей мере проявляются одни или другие технологические свойства (пластичность, упругость, вязкость, хрупкость) [9].
Причину увеличения коэффициента Пуассона и уменьшения модуля деформации и модуля сдвига, с увеличением влажности, можно объяснить тем, что передача действующего
2271
вертикального давления на боковые стенки связана с перегруппировкой частиц почвы, проходящих при наличии внутреннего трения и сцепления этих частиц. С увеличением влажности почвы от 10 до 35% происходит уменьшение коэффициента внутреннего трения в 4…5 раз [5], а коэффициент сцепления в 2 раза [4]. В результате уменьшения коэффициентов внутреннего трения и сцепления возрастает коэффициент Пуассона, что косвенно подтверждает полученные результаты.
Численные значения коэффициента Пуассона, полученные нами, близки по значению с данными, полученными для глинистых грунтов [6], а закономерность изменения, в зависимости от относительной влажности, однотипная. Полученные значения модуля деформации и модуля сдвига имеют тот же порядок, что для грунтов [4] и почв [7].
Полученные результаты подтверждают правильность теоретических предпосылок и достоверность экспериментальных данных, что позволяет их использовать при проектировании рабочих органов почвообрабатывающих машин.
Список использованных источников
1. Подскребко М. Д. Повышение эффективности использования тракторных агрегатов на основной обработке почвы: автореф. дис…д-ра техн. наук / М. Д. Подскребко. – Челябинск, 1975. – 52 с.
2. Кушнарев А. С. Механико-технологические основы процесса воздействия рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий на почву: автореф. дис...д-ра техн.
наук. – Челябинск, 1981. – 49 с.
3. Бабков В.Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов/ В.Ф. Бабков, В.М. Безрук.- М., 1976. – 328 с.
4. Цытович Н.А. Механика грунтов. – М., 1973. – 274 с.
5. Виноградов В. И. Экспериментально-теоретическое определение сил, действующих на рабочую поверхность лемеха / В. И. Виноградов, Ю. В. Луканин и др. // Труды ЧИМЭСХ. вып. 43. – Челябинск, 1970. – С. 29–36.
6. Новиков Ю. Ф. Некоторые вопросы теории деформирования и разрушения пласта под воздействием двухгранного клина / Ю. Ф. Новиков // Труды ЧИМЭСХ. вып. 46. – Челябинск, 1969.
7. Рахматуллин Х. А. Вопросы динамики грунтов / Х. А. Рахматуллин. – М.: МГУ, 1964.
– 239 с.
8. Нуралин Б. Н. Результаты экспериментальных исследований по определению физических констант солонцов/ Б. Н. Нуралин, Д.В. Сакара// Научно-технический прогресс и производство. Сборник научных трудов. ЗКГУ. Выпуск 1.– Уральск, 2001.
– С.28-31.
9. Тагин Ю. Н. Исследование технологических свойств солонцовых почв Барабинской низменности в целях обоснования рациональной технологии их обработки: автореф.
дис…канд. техн. наук/ Ю. Н. Тагин. – Омск, 1970. – 28 с.
УДК 625.08
ҮДЕУМЕН БАСҚАРЫЛАТЫН ГИДРАВЛИКАЛЫҚ СОҚҚЫ МЕХАНИЗМІНІҢ НЕГІЗГІ КӨРСЕТКІШІН ЕСЕПТЕУ
Сыржанов Темиржан Ержанұлы [email protected]
Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті, магистрант Ммех-21, Астана, Казахстан
Ғылыми жұмыс жетекшісі – Ш.Т. Тұяқбаев