Лекція №13 «інші способи моделювання»

Для рішення завдань, пов'язаних з динамічними процесами в породних масивах у цей час часто застосовують електроаналогові методи моделювання, тобто методи електричного моделювання механічних полів.

Електричні моделі можуть бути двох типів. В одному з них — методі електрогідродинамічних аналогій (ЕГДА), запропонованому в 1922 р. академіком АН СРСР Н.Н. Павловським, використають мінливі електричні властивості суцільного провідного середовища.

Інший, відомий за назвою методу електричних сіток прямої аналогії (ЕСПА), передбачає заміну суцільного середовища сіткою з деяких елементарних електричних осередків, параметри яких призначають, виходячи із властивостей середовища в механічній системі й критеріїв подоби. Електричні осередки – елементи напруги, сили струму, індуктивності, ємності – служать аналогами механічної напруги, швидкості пружного зсуву, маси, піддатливості елементарних обсягів моделируемого масиву порід.

При рішенні завдань геомеханики поряд із застосуванням різних методів для рішення поставлених завдань використають також методи, що представляють собою комбінації різних принципів моделювання, наприклад принципу відцентрового моделювання й принципу поляризаційно-оптичного методу, або методу еквівалентних матеріалів і відцентрового моделювання.

Метод, що сполучає принцип методу еквівалентних матеріалів і принцип відцентрового моделювання, одержав наукову, технологічну розробку й широке застосування в результаті багаторічних (з 1946 р.) досліджень Криворізького науково-дослідного гірничорудного інституту (НДГРІ), що проводилися під керівництвом професора І.Р. Рівкіна.

Сутність даного комбінованого методу полягає в тому, що замість моделі з натуральних гірських порід, застосовуваної в методі відцентрового моделювання, модель виготовляють із еквівалентних матеріалів, механічні характеристики яких задовольняють умові геометричної подоби в деякому досить великому геометричному масштабі, наприклад, 1/10. Модель поміщають у центрифугу й піддають навантаженню при параметрах обертання, обумовлених масштабом відцентрового моделювання 1/20. У даній комбінації двох методів загальний геометричний масштаб моделі буде дорівнює добутку цих двох геометричних масштабів, тобто 1/200, у якому й необхідно виготовити всі елементи моделі, підготовлюваної до випробувань.

Викладений підхід істотно розширює технічні можливості виготовлення матеріалів і випробування моделей у широкому діапазоні геометричних масштабів.

Об'ємні моделі з оптично чутливих матеріалів також звичайно навантажують із використанням центрифуги, сполучаючи в цьому випадку принципи оптичного методу й методу відцентрового моделювання.

Часто використають у сполученні оптичний метод і метод еквівалентних матеріалів. Наприклад, оптичним методом вивчають із найбільшою детальністю розподіл напруг у зоні опорного тиску, а методом еквівалентних матеріалів для тих же умов досліджують розвиток деформацій товщі з розривом суцільності й механізм взаємодії порід, що зрушуються, із кріпленням.