파편의 일반적인 충격 강성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3969(2023) 이 기사 인용

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이 논문은 구조적 하중 거동을 추정하기 위해 작은 초기 장력 하에서 3개 지지 케이블 유연성 장벽의 법선 방향 충격 강성을 제안하고, 두 가지 범주의 소규모 토석 흐름(거친 및 미세한)을 사용하여 물리적인 현상을 통한 강성 진화를 탐색합니다. 고속 사진 촬영 및 하중 감지를 이용한 모델 실험. 결과는 입자-구조 접촉이 수직 하중 효과에 필수적임을 시사합니다. 거친 잔해 흐름은 입자-구조 접촉을 더 자주 수행하고 뚜렷한 운동량 흐름을 발휘하는 반면, 물리적 충돌이 거의 없는 미세 잔해 흐름은 훨씬 작은 흐름을 제공합니다. 수직 등가 케이블-네트 접합 시스템으로부터 인장력만 받는 중간 위치 케이블은 간접적인 하중 거동을 나타냅니다. 바닥에 위치한 케이블은 토석류의 직접적인 접촉과 인장력의 합으로 인해 높은 하중 피드백을 나타냅니다. 충격 하중과 최대 케이블 처짐 사이의 관계는 준정적 이론에 따른 전력 함수로 설명할 수 있습니다. 충격 강성은 입자-구조 접촉뿐만 아니라 유동 관성과 입자 충돌 효과의 영향을 받습니다. 야만수 Nsav 및 Bagnold 수 Nbag는 정상 강성 Di에 대한 동적 효과를 묘사합니다. 실험에 따르면 Nsav는 Di의 무차원화와 양의 선형 상관관계를 갖는 반면, Nbag는 Di의 무차원화와 양의 검정력 상관관계를 가집니다. 이 아이디어는 흐름-구조 상호 작용에 대한 연구를 위한 대안 범위이며 토석류 흐름-구조 상호 작용의 수치 시뮬레이션에서 매개변수 식별 및 설계 표준화 최적화에 기여할 수 있습니다.

중국 남서부의 산악 지역에서는 가파른 통로, 풍부한 강우량 및 고형 파편 발생원으로 인해 산사태 또는 토석류의 빈도가 높습니다1. 최근 전 세계적으로 폭우가 급증하는 영향으로 일부 저주파 산사태 지역이 높은 산사태 지역으로 변하고 있으며, 위험 규모도 증가하여 정확한 추정이 어렵고 인근 주민과 기반 시설에 상당한 위협을 가하고 있습니다. 예방 및 통제 조치 설계의 어려움도 있습니다.

유연한 장벽은 소규모 잔해 흐름을 유지하는 데 유효한 수단입니다. 가볍고 개방적인 전체구조로 인해 자연환경에 미치는 영향이 적어 공사가 빠르고 경제적입니다. 따라서 중국 남서부 산악 지역의 토석류 도랑에 대한 다지점 처리 요구 사항을 충족하며 유망한 전망을 가지고 있습니다2,3,4,5. 그러나 유연한 장벽6,7,8의 복잡한 기하학적 비선형성으로 인해 토석류 충격에 따른 구조적 반응이 여전히 진행되고 있습니다. 현재, 토석류에 대한 유연한 장벽의 강성은 명확하지 않으며, 중국의 기존 구조 설계는 주로 보수적인 에너지 소산 모델을 기반으로 합니다. 실제로, 구조의 철망 구성 요소는 지지 케이블이나 앵커리지9,10,11가 파손되기 전에 파손될 수 있으며, 이는 구조 설계 이론과 실제 엔지니어링 기능 사이의 격차를 나타냅니다. 케이블네트 구조의 내부 전단응력과 굽힘모멘트는 현저한 인장특성으로 인해 무시할 수 있다는 것이 이론적으로 인정되고 있다. 토석류 충격은 케이블망 구조의 장력에 의해 분산 및 전달되므로 유연한 장벽의 구조적 강성에 대한 연구는 인장력과 변형에 중점을 둡니다. Ashwood12는 흐름 구조 상호 작용을 정량화하기 위해 하중과 편향 사이의 선형 관계를 기반으로 하는 주요 매개변수로 케이블의 축 강성을 사용합니다. 큰 바위나 거친 입자는 토석류의 머리 부분에 쌓이는 경향이 있으며, 고속 추력에 따른 구조물의 하중 분포는 일시적입니다. 따라서 서지 방향의 강성은 기계적 안정성의 또 다른 요소로 작용해야 합니다. 구조적 하중분포에 관한 관련 지식은 토석류의 충격을 동하중과 정토압하중으로 분해하는 준정적 방법으로 대부분 해결되나, 구조물의 단면은 추력의 영향을 무시하고 캔틸레버빔으로 정의한다. -방향 변형13. 유연한 장벽의 신축면에 수직인 일반 강성은 즉각적인 충격 동안 케이블망 시스템의 전단 저항을 나타내는 경향이 있습니다. Ng et al.14,15은 이미 지지 케이블의 하중-변위 거동을 일반 강성 해석에 적용했습니다. Song et al.16은 토석류 Fr의 Froude 수를 추가하여 분포 및 집중 하중 하에서 지지 케이블의 최대 법선 강성을 연구했으며 분포 하중 하에서 더 큰 최대 법선 강성을 발견했습니다. 후속 연구에서는 유동 체계와 유연한 장벽을 깊이 만나는 건식 과립 흐름의 압축성에 대해 논의했으며, 이는 유연한 장벽의 처짐과 과립형 재료의 상태가 모두 충격 하중의 변화에 ​​기여한다는 것을 나타냅니다. 또한, 항공모함의 어레스트 케이블은 인장 및 굽힘 강성을 갖는 구조물로 식별되며, 어레스트 과정에서 케이블에 일반적인 접선 응력의 전개 모드는 높은 하중 하에서 케이블 구조의 접선 응력 해석의 필요성을 강조합니다. -속도 충격18.