Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Системы Методы Технологии. С.Е. Рудов и др. Математическое моделирование … 2018 № 3 (39) с. 73-78 73 УДК 540:631.4 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-3-73-78 Математическое моделирование процесса уплотнения мерзлого почвогрунта под воздействием лесных машин и трелевочных систем С.Е. Рудов 1 a , В.Я. Шапир 2 b , И.В. Григорьев 3 с , О.А. Куницкая 3 d , О.И. Григорьева 2 е 1 Военная академия связи им. С.М. Буденного, пр. Тихорецкий 3, Санкт-Петербург, Россия 2 Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, пер. Институтский 5, Санкт-Петербург, Россия 3 Якутская государственная сельскохозяйственная академия, Сергеляхское шоссе 3, Якутск, Республика Саха (Якутия), Россия a 89213093250@mail.ru , b shapiro54vlad@mail.ru , c silver73@inbox.ru , d ola.ola07@mail.ru , е grigoreva_o@list.ru а https://orcid.org/0000-0002-9900-0929, b https://orcid.org/0000-0002-6344-1239, c https://orcid.org/0000-0002-5574-1725 , d https://orcid.org/0000-0001-8542-9380, e https://orcid.org/0000-0001-5937-0813 Статья поступила 3.06.2018, принята 8.07.2018 Проведение лесозаготовительных работ в районах Крайнего Севера характеризуется крайне сложными климатическими условиями. Например, тем, что в традиционный период заготовки древесины, зимой, лесные машины в районах Крайнего Се- вера работать не могут из-за экстремально низких температур, которых не выдерживают металл машин и гидравлика. Поэтому период устойчивого проведения лесосечных работ и вывозки заготовленной древесины сравнительно невелик. Быст- рые переходы температуры окружающего воздуха от отрицательных к положительным, характерные для резко континен- тального климата, например, Республики Саха (Якутия), останавливают лесозаготовительный процесс на большей части лесосек из-за оттаивания мерзлотных почвогрунтов. Мерзлые почвогрунты как многокомпонентная среда представляют собой сложный объект механики грунтов, поскольку между агрегатами почвогрунта и их отдельными частицами присутст- вует лед, влияющий на все показатели физико-механических свойств. На определенных глубинах, при условии податливости почвогрунта, формируется так называемое первичное ядро его уплотнения. В том случае, если компоненты поля напряжений на больших глубинах обеспечат выполнение принятых критериев разрушения мерзлого почвогрунта, ядро уплотнения будет перемещаться вниз, и под действием трелевочной системы почвогрунт получит дополнительное уплотнение. Процесс по- гружения ядра уплотнения сопровождается понижением показателя температуры, что, в свою очередь, обусловливает рост показателей прочности и модуля упругости. Таким образом, установленные закономерности влияния температуры и влаж- ности мерзлых грунтов на их физико-механические свойства позволяют произвести более точные оценки значений величин начальных контактных параметров в процессе трелевки пачки лесоматериалов с заранее заданными статическими нагруз- ками. Установленные закономерности влияния физико-механических свойств мерзлого почвогрунта и параметров его влаж- ности и температуры на размеры контактного взаимодействия с трелевочной системой позволяют определять начальные условия для расчета напряженно-деформированного состояния мерзлого почвогрунта с целью детального исследования про- цесса деформации, уплотнения и разрушения его краевой части. Ключевые слова: мерзлые почвогрунты; лесозаготовки; лесные машины; трелевочные системы; уплотнение и деформация почвогрунтов. Mathematical modeling of compacting process of the frozen soil under the influence of forest machines and logging systems S.E. Rudov 1 a , V.Ya. Shapiro 2 b , I.V. Grigorjev 3 c , O.A. Kunitskaya 3 d , O.I. Grigorjeva 2 e 1 Military Academy of Communication under name of S.M. Budenny; 3, Tikhoretsky Ave., St. Petersburg, Russia 2 St. Petersburg State Forest Technical University under name of S.M. Kirov; 5, Institutsky Per., St. Petersburg, Russia 3 Yakutsk State Agricultural Academy; 3rd km, 3, Sergelyakhskoe Highway, Yakutsk, Russia a 89213093250@mail.ru , b shapiro54vlad@mail.ru , c silver73@inbox.ru , d ola.ola07@mail.ru , е grigoreva_o@list.ru а https://orcid.org/0000-0002-9900-0929, b https://orcid.org/0000-0002-6344-1239, c https://orcid.org/0000-0002-5574-1725 , d https://orcid.org/0000-0001-8542-9380, e https://orcid.org/0000-0001-5937-0813 Received 3.06.2018, аccepted 8.07.2018 Logging operations in the Far North are characterized by extremely difficult climatic conditions. For example, the fact that in the traditional period for wood – winter, forest machines in the Far North cannot work because of the extremely low temperatures that met- al machines and hydraulics cannot withstand. Therefore, the period of sustainable logging and removal of harvested wood is relatively short. Rapid transitions of ambient air temperature from negative to positive, typical for sharply continental climate, for example, the Republic of Sakha (Yakutia), stop the logging process in most of the cutting areas due to thawing of permafrost soils. Frozen soils as a