Một cực trên mặt đất có thể mất bao nhiêu lực trước khi rơi xuống?

Hãy xem xét tôi có một cây cột bị mắc kẹt trong mặt đất như minh họa dưới đây:

Khi một lực F1 được tác dụng lên cột, đầu dưới của nó sẽ đẩy xuống đất, nó bị kẹt trong; mặt đất sau đó phát huy một lực cản. Theo trực giác, nếu F1 rất mạnh thì đầu trên của cực sẽ di chuyển theo hướng của F1 và nếu F1 rất yếu, điện trở đất Fr giữ cho cột ở đúng vị trí.

Cụ thể, với một số biện pháp của cực, cụ thể là độ sâu của nó (L2) và bán kính r của nó là bao nhiêu (nó là một hình trụ), tôi muốn có thể xác định cường độ mà F1 yêu cầu để di chuyển đầu cực.

Tôi đã hỏi một câu hỏi tương tự, với nhiều chi tiết vật lý hơn trên một trang web trao đổi ngăn xếp khác, quá. Đây là liên kết.

Cập nhật:

Giả sử rằng mặt đất chỉ được làm bằng một vật liệu, với mật độ đồng đều, không tính đến bất kỳ hiệu ứng "bẩn" nào, chẳng hạn như độ ẩm hoặc nhiệt độ. Chiều dài của cực, bán kính của nó (nó là một hình trụ) và độ sâu L2 của nó đều không đổi.

Chúng ta hãy xem cực như một đòn bẩy với trục của nó, nơi không khí, mặt đất và cực gặp nhau. Khi đó ta có F1 * L1 = F2 * L2 khi đòn bẩy cân bằng. Bây giờ, tôi muốn tìm hiểu xem lực F1 nào bắt đầu di chuyển; cực di chuyển khi F1 * L1 & gt; Fr * L2.

Vấn đề sẽ được giải quyết nếu chúng ta tìm ra một phương tiện để tính Fr. Ý tưởng của tôi là khi cực (trong lòng đất) đẩy về phía bên phải ở mọi độ cao 0 & gt; L & gt; = L2 (L = 0 trên khu vực chấm nơi không khí và mặt đất gặp nhau), có lực cản Fr (L) ở mỗi độ cao (xem hình minh họa đây ). Đối với L lớn, lực này nhỏ trong khi đối với L nhỏ thì lực tăng lên. Tôi giả sử Fr (L) phải phát triển theo kiểu tuyến tính giống như với đòn bẩy (F1 * L1 = F2 * L2). Giả sử rằng, Fr ​​có thể được tính bằng F2 = 0∫L2 Fr (L) dL.

Giải pháp không cần phải chính xác như vậy, lực chỉ cần được tính xấp xỉ: lực sẽ được sử dụng bằng mô phỏng trò chơi, vật lý chỉ cần xuất hiện thực. Tất cả những gì được yêu cầu là một phương tiện để tính toán lực cản nào Fr lực kéo F1 phải vượt qua để di chuyển cực.

Tùy thuộc vào loại kỹ sư bạn yêu cầu, bạn sẽ có nhiều lựa chọn khác nhau để tiếp cận điều này - câu hỏi của bạn khá mở. Là một kỹ sư địa kỹ thuật, tôi muốn nói rằng cực của bạn có thể được xem như một bức tường chắn. Bây giờ, nếu mặt đất được mô hình hóa như "bụi bẩn" thực sự, nó sẽ có một số cho. Điều gì sẽ xảy ra là cực sẽ xoay quanh một số điểm trên mặt đất (một lần nữa - bạn có thể đi sâu vào vấn đề này sâu hơn) và cũng uốn cong (hoặc không nếu cứng nhắc).

Bây giờ sự quay này làm cho một cây gậy thay thế đất, tạo ra áp lực bên "thụ động" hoặc "chủ động", tùy thuộc vào việc nó có bị căng thẳng thêm khi được phép thư giãn hay không (nghĩa là thanh di chuyển vào vùng đất hoặc di chuyển ra khỏi vùng đất). Những áp lực này được đưa ra bởi các hệ số của áp lực đất thụ động và chủ động ($ K_ {p} $ và $ K_ {a} $) và ứng suất thẳng đứng ($ \ sigma_ {v} '= hg \ rho $). Các hệ số được tìm thấy từ góc ma sát của đất ($ \ phi '$) là:

$$ K_ {a} = \ dfrac {1- \ sin \ phi '} {1+ \ sin \ phi'} $$ và $$ K_ {p} = \ dfrac {1+ \ sin \ phi '} {1- \ sin \ phi'} $$ Vì vậy, áp lực thụ động sẽ là $ P_ {p} = K_ {p} \ sigma '$, v.v. Một thanh cứng sau đó sẽ quay xung quanh điểm mà tất cả các lực trên nó được cân bằng. Bạn có thể giả sử một số giá trị của $ \ phi '$ và đang trên đường đến. Những áp lực này sẽ phát triển tuyến tính với độ sâu, do đó các lực kết quả từ các nêm chủ động / thụ động khác nhau sẽ hoạt động ở mức 1/3 từ đáy của mỗi nêm. Bây giờ mọi thứ có thể được thể hiện bằng khoảng cách giữa trục và mặt đất. Cân bằng xung quanh trục sẽ cung cấp cho bạn vị trí của nó và sau đó kích thước của các lực có thể được tìm thấy.

Hình trên là cách tôi sẽ tiếp cận điều này (bỏ qua các nêm đất đang hoạt động, nếu bao gồm chúng phản chiếu những cái bị động với một áp lực giới hạn như được đưa ra ở trên). Từ trạng thái cân bằng về điểm màu cam, bạn có thể tìm thấy độ sâu của nó và sau đó là các giá trị của áp suất (với tham số Fr và đất thích hợp $ \ phi '$ giả định). Hoặc bạn có thể giả sử giá trị của x và tìm Fr gây ra chuyển động. Nhiều lựa chọn có thể.

đây là một vấn đề kỹ thuật điển hình và có một phương trình được IBC phê duyệt đánh số 18-1.
$$ d = 0,5 A {1 + [1 + (4,36h / A)] 1/2} $$ Quá trình tính toán trước tiên tôi tính A = 2,3 * tải trọng sau / (giá trị mang đất thụ động được phép * đường kính caisson)
Sau đó, bạn cắm A vào EQ 18-1.

Bài viết chống lại đà đảo ngược chủ yếu bằng cách xoay quanh một trục dưới bề mặt đất , thường là gần 1/3 tổng độ sâu nhúng.

Vì vậy, nếu bạn có một lực bên tác động ở độ cao H cố gắng xoay cực theo chiều kim đồng hồ, phần trên cùng của cột được nhúng trong đất sẽ nén đất sang phải với một khu vực ứng suất hình tam giác và phần còn lại của cực nhúng sẽ nhấn bụi sang trái.
Cách phân tích này đã được thử nghiệm ở nhiều loại đất khác nhau và được chứng minh là một giả định tốt.

Tuy nhiên, có những hạn chế và điều kiện cần phải được quan sát. Tôi khuyên bạn nên google mã IBC 18-1. Chỉ cần lưu ý rằng mã này không liên quan đến tải dọc hoặc xoắn.

Kịch bản đầu tiên là cột được neo rất chắc chắn vào mặt đất trong một bề mặt cứng và dựa vào độ sâu tốt, ví dụ nếu nó được nhúng trong một khối bê tông lớn. Ở đây, cột sẽ uốn cong trên toàn bộ chiều dài của nó cho đến khi đạt đến giới hạn đàn hồi sau đó không thành công tại một số điểm trên mặt đất và tạo thành một bản lề [[nhựa 1 'và sau đó tiếp tục uốn cong tại thời điểm này cho đến khi nó thất bại hoàn toàn.

Kịch bản thứ hai cho thấy bản thân cực có thể chịu được lực mạnh hơn đáng kể so với mặt đất mà nó được nhúng vào. Điều này phức tạp hơn nhiều để mô hình hóa vì 'bụi bẩn' có thể có các tính chất vật lý rất thay đổi tùy thuộc vào thành phần và điều kiện của nó.

Ví dụ, một loại đất sét khô với nhiều đá vụn trong đó có thể hoạt động theo cách tương tự như bê tông và nó sẽ chống lại bất kỳ lực nào đến một điểm nhất định mà tại đó nó sẽ đột nhiên nứt và hỏng.

Đối với mục đích mô phỏng trò chơi nếu bạn muốn một phương pháp đơn giản, có lẽ sẽ hợp lý khi xem xét các cột trụ ở đâu đó gần mặt đất và chỉ cần chọn một giá trị tối đa cho Fr và so sánh các khoảnh khắc F1 * L1 và Fr * L2.

Để biết thêm chi tiết, bạn có thể nói rằng bạn đã đặt giá trị A cho F1, nó có thể bắt đầu dịch chuyển cực và giá trị B cao hơn, nó hoàn toàn không bị cố định trên mặt đất (tức là trở thành một vật thể tách rời nằm trên mặt đất) và bất kỳ vale ở giữa gây ra một góc nghiêng nhất định. tức là nếu A là 100 đơn vị lực và B là 200 đơn vị lực thì nó nghiêng hơn 45 độ.

Cách tiếp cận này cho phép bạn một cách dễ dàng để điều chỉnh các giá trị mà không phải chạy một trình giả lập cơ học đất phức tạp trong trò chơi của bạn.

Một cách tiếp cận đơn giản và hợp lý về mặt vật lý khác là giả định rằng cột có một vật liệu gắn vĩnh viễn xung quanh nó dưới mặt đất và chỉ coi đó là một trọng lượng chết, như thể nó được đặt trong một thùng bê tông nằm trên mặt đất.