A rigidez de impacto normal de um detrito

Jan 26, 2024

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3969 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este artigo propõe uma rigidez de impacto orientada normal de uma barreira flexível de cabo de três suportes sob uma pequena tensão de pré-tensão para estimar o comportamento da carga estrutural e emprega duas categorias de fluxos de detritos de pequena escala (grossos e finos) para explorar a evolução da rigidez por meio de experimentos modelo com fotografia de alta velocidade e detecção de carga. Os resultados sugerem que o contato partícula-estrutura é essencial para o efeito de carga normal. O fluxo de detritos grossos realiza contato partícula-estrutura mais frequente e exerce um fluxo de momento evidente, enquanto os fluxos de detritos finos com poucas colisões físicas transmitem um fluxo muito menor. O cabo localizado no meio que recebe apenas força de tração do sistema de junta cabo-rede equivalente vertical exibe comportamento de carga indireta. O cabo localizado na parte inferior mostra alta realimentação de carga devido à soma do contato direto do fluxo de detritos e das forças de tração. A relação entre cargas de impacto e deflexões máximas do cabo pode ser explicada por funções de potência de acordo com a teoria quase estática. A rigidez ao impacto não é afetada apenas pelo contato partícula-estrutura, mas também pela inércia do fluxo e pelo efeito de colisão das partículas. O número selvagem Nsav e o número Bagnold Nbag conseguem representar os efeitos dinâmicos na rigidez normal Di. Experimentos indicam que Nsav tem correlação linear positiva com a adimensionalização de Di, enquanto Nbag tem correlação de potência positiva com a adimensionalização de Di. Esta ideia é um escopo alternativo para o estudo da interação escoamento-estrutura e pode contribuir para a identificação de parâmetros em simulação numérica da interação escoamento-estrutura de detritos e a otimização da padronização do projeto.

A frequência de deslizamentos de terra ou fluxos de detritos é alta nas áreas montanhosas do sudoeste da China devido a passagens íngremes, chuvas abundantes e fontes de fragmentos sólidos1. Como afetadas pela onda de tempestades extremas em todo o mundo nos últimos anos, algumas áreas de deslizamentos de baixa frequência se transformaram em altas, e a escala de perigos aumenta, o que é difícil de estimar com precisão e está causando ameaças consideráveis ​​aos moradores e infraestruturas próximas, bem como dificuldades na concepção de medidas de prevenção e controle.

A barreira flexível é uma medida válida para retenção de fluxo de detritos em pequena escala. Sua estrutura geral leve e aberta reduz o impacto do ambiente natural e torna a construção rápida e econômica. Portanto, atende aos requisitos de tratamento multiponto de ravinas de fluxo de detritos nas áreas montanhosas do sudoeste da China e tem uma perspectiva promissora2,3,4,5. No entanto, a resposta estrutural sob o impacto do fluxo de detritos ainda está progredindo devido à complexa não linearidade geométrica da barreira flexível6,7,8. Atualmente, a rigidez da barreira flexível contra o fluxo de detritos não é clara, e o projeto convencional da estrutura na China baseia-se principalmente em um modelo conservador de dissipação de energia. Na prática, o componente de rede de arame da estrutura pode ser rompido antes das falhas dos cabos de suporte ou ancoragens9,10,11, indicando uma lacuna entre a teoria do projeto estrutural e a função real da engenharia. É teoricamente reconhecido que a tensão de cisalhamento interna e o momento de flexão da estrutura da rede de cabos podem ser ignorados devido ao notável recurso de tração. O impacto do fluxo de detritos é disperso e transmitido pela tensão da estrutura da rede de cabos, de modo que as pesquisas sobre a rigidez estrutural da barreira flexível se concentram na força de tração e na deformação. Ashwood12 usa a rigidez axial de um cabo como um parâmetro chave que se baseia na relação linear entre carga e deflexão para quantificar a interação fluxo-estrutura. Grandes pedregulhos ou partículas grossas tendem a se acumular na cabeça de um fluxo de detritos, e a distribuição de carga da estrutura sob impulso de alta velocidade é transitória. Portanto, a rigidez na direção do surto deve servir como outro fator de estabilidade mecânica. O conhecimento relevante da distribuição de carga estrutural é resolvido principalmente pelo método quase-estático que decompõe o impacto do fluxo de detritos em carga dinâmica e carga de pressão de terra estática, mas a seção transversal da estrutura é definida como uma viga em balanço, ignorando o impacto do empuxo -deformação de direção13. A rigidez normal que é perpendicular à face de estiramento de uma barreira flexível tende a demonstrar a resistência ao cisalhamento do sistema de cabo-rede durante impactos instantâneos. Ng et al.14,15 já colocaram o comportamento carga-deslocamento do cabo de suporte na análise de rigidez normal. Song et al.16 estudaram a rigidez normal máxima do cabo de suporte sob carga distribuída e concentrada adicionando o número Froude de fluxo de detritos Fr e encontraram maior rigidez normal máxima sob carga distribuída. Um estudo de acompanhamento discutiu o regime de fluxo e a compressibilidade de fluxos granulares secos encontrando uma barreira flexível em profundidade, indicando que a deflexão da barreira flexível e o estado do material granular contribuem para a variação da carga de impacto17. Além disso, os cabos de retenção em um porta-aviões são identificados como uma estrutura com rigidez de tração e flexão, e o modo de desenvolvimento de tensão tangencial que é normal ao cabo durante o processo de retenção enfatiza a necessidade de análise de tensão tangencial da estrutura do cabo sob altas -speed impact18.