Вы делаете это неправильно: расчет глубины / Хабр
Приветствую вас, глубокоуважаемые!
Что если я скажу, что глубина, что бы вы под ней не подразумевали, является одной из самых сложных для точного измерения величин? На какой глубине плывет подводная лодка? Какая глубина марианской впадины? На какой глубине лежит Титаник? Если вам не повезет с параметрами, то на первом километре глубины, вы можете ошибиться примерно на 30-40 метров и на 200-300 метров на 6-ом километре, используя датчик давления. Если вы предпочитаете эхолот, то при неудачном стечении обстоятельств, которые вы не учли, ошибка на первом километре составит метров 100, а на 6-ом — целый километр. Конечно, можно еще использовать длинную веревку… Но там, как известно, свои подводные камни.
Как такое могло случиться и как делать правильно я расскажу под катом. В довесок к статье есть Open-source библиотека на C#/C/Rust/Matlab/Octave/JavaScript и пара онлайн-калькуляторов для демонстрации.
Статья будет полезна разработчикам подводной техники, число которых за последние лет пять выросло в разы.
Итак, для начала сразу оговоримся, что глубиной часто называют две разных величины:
- и расстояние по вертикали от поверхности воды до точки, где эту глубину измеряют,
- и расстояние по вертикали от поверхности воды до дна.
В первом случае — это глубина погружения, а во втором — глубина места.
Есть ровно два с половиной фундаментальных способа изменения этих величин, как я уже упомянул:
- по гидростатическому давлению столба жидкости, т.е. при помощи датчика давления;
- по времени распространения звука — эхолотом
- по длине выпущенной за борт веревки =)
С веревкой все понятно, а с остальными двумя давайте разберемся. Сегодня разберем:
Способ 1 — По давлению столба жидкости
Из нее легко посчитать высоту столба жидкости (т.е. глубину в нашем случае), не забывая про атмосферное давление :
На «100» умножаем, если хотим получить глубину в метрах, измеряем давление в миллибарах, плотность воды в кг/м^3, а ускорение свободного падения в м/c^2.
Давайте абстрагируемся от точности конкретных приборов, пусть даже они у нас суперточные.
Проблема в том, что никакой член формулы не является константой. Даже атмосферное давление может меняться в течение часа.
Как влияет атмосферное давление?
Давление у поверхности моря может варьироваться в пределах 641-816 мм. рт. ст., или, тоже самое в миллибарах: от 855 до 1087. Если просто взять за стандартное значение в 1013.25 мБар, то в зависимости от погоды уже можно получить ошибку в 40-50 сантиметров, причем, как в «плюс», так и в «минус».
Что с ускорением свободного падения?
Боюсь показаться Кэпом, но все же напомню, что земля у нас
Если не крохоборничать и не учитывать гравитационные аномалии из-за разной плотности земных пород, гор, впадин, изменения скорости вращения земли от сброшенной земными деревьями листвы и перемещениями соков по их стволам, то нас вполне устроит стандартная зависимость ускорения свободного падения от георафической широты. Т.н WGS-84 Gravity formula.
Согласно этой формуле, ускорение свободного падения меняется от 9.7803 м/с2 на экваторе (0° градусов широты) до 9.8322 м/с2 на полюсах (90/-90° широты).
Допустим, мы возьмем стандартное значение ускорения свободного падения 9.80665 м/с2, на сколько мы ошибемся в худшем случае?
Это иллюстрируетя картинкой ниже. На ней синий график показывает ошибку определения глубины на экваторе, если мы будем использовать стандартное значение , а оранжевый график — такую же ошибку на полюсах.
То есть, если мы подставим в формулу стандартное значение и пойдем погружаться где-то ближе к экватору, то на 100 метрах ошибемся всего на 20-30 сантиметров, на километре — на 2,5-3 метра, а на 9-10 километрах (Бездна Челленжера, кстати, находится на 11° северной широты) ошибка будет уже 25-30 метров. Т.е. реальная глубина будет больше, чем та, которую мы измерим.
А как влияет плотность воды?
Самым нехорошим образом. Если два первых компонента погрешности учесть достаточно просто, да и вклад их весьма скромен, то с плотностью воды история более замысловатая.
Дело в том, что плотность воды в упрощенном случае есть функция температуры, давления и солености.
То есть мало измерять давление, атмосферное давление, учитывать географическую широту места. Нужно еще знать температуру и соленость воды.
Для определения плотности морской воды в (разумном) диапазоне условий на практике наиболее широко применяется формула из работы Чена и Миллеро (Да, ЮНЕСКО занимается еще и этим!)
Допустим, мы измерили и температуру и соленость, но остается сжимаемость воды — изменение плотности с давлением (т.е. с глубиной), и чтобы определить высоту столба жидкости нужно просуммировать высоты элементарных столбиков, на которых давление изменяется на какую-то малую величину . В целом это конечно интеграл, но чтобы сразу привнести некое практическое значение, запишем его так:
N — это число интервалов разбиения давления от до измеренного .
Сам факт, что плотность зависит от трех параметров — это еще пол беды. Сложность кроется в том, что все эти параметры могут сильно меняться с глубиной. В этом случае принято говорить о профиле температуры и солености. Вот так, к примеру, выглядит профиль из Арктики:
Вот так с северной части тихого океана:
А вот так, для сравнения — с юга атлантики:
Например, если представить, что мы погружается в северной части тихого океана (39°СШ,152°ВД) учитываем атмосферное давление и географическую широту места и сжимаемость воды, а наш датчик давления показывает 100 Бар (~1000 м), а температуру и соленость мы берем в точке измерения, но не учитываем профиль, мы ошибемся с глубиной на 2 метра.
Я специально запилил онлайн-калькулятор и добавил три тестовых профиля (их можно переключать кнопками), чтобы каждый мог сам попробовать.
Если теперь просто переключить профиль на «южноатлантический» и попробовать пересчитать, то мы увидим, что разница выросла до 6-и метров. Напомню: все, даже сжимаемость воды мы уже учли! Ошибка связана только с наличием профиля — слоев разной температуры и солености в толще воды.
Естественно, все меняется и со сменой времен года и со сменой времени суток. Летом (в северном полушарии, зимой — в южном) верхний слой прогревается, а зимой — остывает. Шторма перемешивают воду, дожди смывают грязь с суши и реками уносят в моря, таят снега и ледники.
Это я к тому, что нельзя один раз перемерить и выбить в граните все профили температуры и солености для всех морей и океанов — все течет, все меняется. И если вдруг вы собрались погружаться на ощутимые глубины и у вас нет температурного профиля — я не поверю в ваш рекорд )
Матчасть
Как я упомянул в начале статьи, все необходимое для расчета глубины я собрал в библиотеку и положил на GitHub.
Она в том числе переведена на JavaScript, а в качестве интерактивного примера ее использования привожу онлайн-калькулятор.
P.S.
Благодарю за внимание, буду искренне благодарен за конструктивную критику, сообщения об ошибках, пожелания и предложения.В следующей статье разберу второй способ определения глубины — по эхолокации.
Определение нормальной глубины — Студопедия
Нормальная глубина – это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным [16].
Эта глубина никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому её также называют бытовой глубиной .
Основная расчётная формула для равномерного движения потока – формула Шези:
, (1)
где – площадь живого сечения (площадь поперечного сечения потока), м2; C– коэффициент Шези, м0,5/с; R – гидравлический радиус, м; – уклон канала.
Рис. 4. Трапецеидальное поперечное сечение канала
Для трапецеидального сечения (рис. 4) площадь живого сечения определяется по формуле
, (2)
где – глубина потока в канале, м.
Коэффициент откоса m – это характеристика крутизны откоса, т.е. отношение высоты откоса к его горизонтальной проекции – заложению: . Числовое значение m выбирается по условиям устойчивости откоса в зависимости от категории грунта, в котором устроен канал, и высоты откоса (прил. 3). Надводные откосы принимаются более крутыми. В курсовой работе коэффициент откоса – величина заданная.
Согласно рекомендациям [17] во всех случаях расчёта каналов для определения коэффициента Шези может применяться формула Н.Н. Павловского:
, (3)
где .
Приближённо можно по Н.Н. Павловскому считать:
при м , (4)
при м . (5)
При проектировании каналов выбор коэффициента шероховатости производится в соответствии с рекомендациями [16-18] по таблицам значений n в зависимости от характеристики поверхности. В приложении 2 приведены значения коэффициента гидравлической шероховатости к формулам Н.Н. Павловского [11]. В курсовой работе коэффициент шероховатости – величина заданная.
Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле
, (6)
где – смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определен:
. (7)
Важным показателем при расчёте нормальной глубины является расходная характеристика (модуль расхода) , м3/с:
. (8)
На сегодняшний день существует много методов определения нормальной глубины. В качестве примера приведем графоаналитический метод. Расчёт выполняют в следующем порядке:
1) Определяем модуль расхода (необходимую расходную характеристику, соответствующую нормальной глубине ), используя формулу (8):
.
2) Задаваясь числовыми значениями произвольно выбранных глубин , используя формулы (2-7), вычисляем соответствующие расходные характеристики по формуле
. (9)
Полученные расходные характеристики должны создать такой числовой интервал, в который войдёт величина .
Для удобства расчёт сводится в табл. 3.
3) Строим график по значениям глубин и соответствующих расходных характеристик:
4) На построенном графике по оси расходных характеристик откладываем числовое значение , поднимаем вертикаль до пересечения с кривой и слева с оси глубин снимаем числовое значение, соответствующее нормальной глубине потока на подводящем канале (рис. 5).
Для проверки расчёт нормальной глубины необходимо выполнить вторым методом, который студент выбирает самостоятельно из справочной литературы [11, 17-18] или по приложению 4.
Сравнив полученные двумя методами значения нормальной глубины, принять окончательное решение и назначить на подводящем канале.
Таблица 3
Определение нормальной глубины
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2Нормальная глубина — такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.
Основная расчетная формула – формула Шези:
,
где — площадь живого сечения, ; С – коэффициент Шези, ;
R – гидравлический радиус, м; — уклон канала
Для трапецеидального сечения
где h – глубина канала, м
h
m
b
Во всех случаях расчета каналов для определения коэффициента Шези С может применяться формула Павловского:
где y=f(n,R)
Приближенно по Павловскому можно считать:
при R<1.0 м
при R> 1.0 м
Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле:
,
где — смоченный периметр, м
для трапецеидального русла
Модуль расхода
Определение критической глубины
Критической глубиной называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.
,
где Э – удельная энергия сечения, м.
где g – ускорение свободного падения, ; — площадь живого сечения при критической глубине, ; — ширина канала поверху при критческой глубине, м
| 0.3 | 0.83 | 3.2 | 0.18 |
| 0.7 | 2.35 | 4.4 | 2.95 |
| 0.9 | 3.29 | 7.12 |
Определение критического уклона
Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной , т.е. при соблюдении равенства:
Из этого равенства выражаем
Сравнивая критическую и нормальную глубину, критический и нормальный уклон, делаем вывод о состоянии потока.
>
<
Следовательно спокойное состояние потока.
Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего профиля (поперечного сечения)
Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется такой, у которого при заданной площади поперечного сечения , уклоне , шероховатости и коэффициенте заложения откоса пропускная способность оказывается набольшей.
Для трапецеидального канала гидравлически наивыгоднейшего сечения относительная ширина определяется по формуле:
При заданной площади живого сечения и уклона расход , средняя скорость течения , гидравлический радиус будут наибольшим, а смоченный периметр — наименьшим. Гидравлический радиус трапецеидального канала при этом равен , т.е. равен половине глубины канала.
Определение скорости течения в канале
Средняя скорость по живому сечению в канале, определяется из формулы:
где — площадь живого сечения, в котором необходимо определить скорость.
— гравелистые и песчано-гравелистые грунты
— каналы в плотном гравии, плотной земле, затянутые илистой пленкой
<
<
Следовательно, канал не нуждается в дополнительном креплении.
Быстроток
При значительных расходах воды, больших уклонах и наличии в воде твердых включений при благоприятных геологических условиях, обеспечивающих устойчивое положение круто наклоненного лотка, наиболее целесообразны быстротоки
Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического ( > )
Входная часть быстротока в этом случае представляет собой участок сужения с прямолинейными в плане боковыми стенками, сопрягающий подводящий канал с водоскатом. Ширину лотка быстротока рекомендуют принимать ширины подводящего и отводящего каналов. Уклон для входного участка принимают равным уклону дна подводящего канала. Глубина в конце входной части (на изломе) принимается равной критической , а при более чем двукратном превышении критической глубины над нормальной глубиной на водоскате глубина на изломе дна равна
Скорость течения в лотке быстротока бывает высокой и требует применения соответствующего материала для его изготовления. Чаще всего это бетон. Из технико-экономических соображений бетонные быстротоки устраивают прямоугольного сечения ( )
При высоких скоростях течения на быстротоке поток захватывает пузырьки воздуха, и в результате этого образуется вводно-воздушная смесь. Это явление (аэрация) приводит к увеличению глубин, что необходимо учитывать в расчетах. Коэффициент шероховатости стенок и дна канала для аэрированного потока приближенно определяется по формуле:
где а – коэффициент аэрации, зависит от значения уклона быстротока
⇐ Предыдущая12
Как измерить глубину? Вопросы и ответы по физике :: Класс!ная физика
ИЗМЕРЯЕМ ГЛУБИНУ !
Эхолот – технический прибор, в основе которого лежит использование часов для измерения глубины океана. Это принцип гидролокации.
До изобретения эхолота малые глубины до 4 м измеряли футштоком, т.е. шестом, размеченным в футах, а большие до 500 м – лотом, т.е. гирей, укрепленной на длинном тросе.
С поверхности океана в глубину посылается звуковой импульс и принимается эхо, отраженное от дна океана. Часы измеряют интервал времени от отправления импульса до возвращения эха. Глубина определяется по запаздыванию эха:
h = vt / 2,
где v – скорость звука в морской воде, t – время запаздывания, а двойка в знаменателе учитывает путь туда и обратно, пройденный сигналом.
Точность измерений зависит от того, насколько точно известна скорость звуковых волн в воде и с какой точностью измеряется запаздывание сигнала.
Обычный секундомер позволяет измерять время с точностью до десятых долей секунды (т.е. глубину с точностью до сотни метров). Для большей точности используются электронные секундомеры.
Источник: по материалам книги П.Маковецкого «Смотри в корень»
Есть еще вопросы по физике? — Отвечаем!
Вернуться к списку вопросов
Кто? Что? Где? Как? Куда? Когда? Какой?
Почему? Каково? Сколько? «Да» или «нет»?
ВЕНЕРА НА ЛИКЕ СОЛНЦА
Физику на заметку.
«Я говорю: увидел Венеру, как родинку на лике Солнца».
Эти строки написаны на пергаменте, возраст которого более тысячи лет! Автор — ученый-энциклопедист Древнего Востока аль-Фараби.
Не ошибался ли средневековый астроном? Ведь чтобы увидеть прохождение Венеры по диску Солнца, ему нужно было сначала с высокой точностью рассчитать движение планет, определить день и час затмения.
Вычисления современных специалистов показали, что в 910 году нашей эры с территории современного Казахстана действительно можно было наблюдать «родинку на лике Солнца».
НЕБО В АЛМАЗАХ
Это выражение приходит на ум, когда знакомишься с сообщением о том, что недавно налажен выпуск интегральных микросхем, в которых вместо полупроводниковой подложки используются кристаллы сапфира.
Такие микросхемы по стоимости во много раз выше традиционных.
Устали? — Отдыхаем!
Глубина заложения — Математические этюды
Как оценить глубину заложения станции метро, на которую вы спускаетесь по эскалатору? Оказывается и в этом житейском вопросе может помочь знание математики! А именно — тригонометрии.
Эскалатор метро… Как много в этих словах скрыто для любого интересующегося человека! Огромная, постоянно движущаяся махина, «живая лестница»…
А начиналось всё ещё в конце XIX века, когда американский изобретатель Дж. Рено (Jesse W. Reno, 1861—1947) запатентовал первую «живую лестницу». В его конструкции вместо ступенек на «бесконечной» ленте её лестничного полотна были продольные рифли. Первый же публичный действующий эскалатор по соглашению с его изобретателем Ч. Зеебергером (Charles D. Seeberger, 1857—1931) был изготовлен компанией «Отис» и экспонирован на Парижской выставке 1900 года. У него были горизонтальные ступени, которые выходили из-под ограждения на одной входной площадке и уходили под такое же ограждение на другой входной площадке, что доставляло массу проблем. В 1921 году обе идеи — горизонтальные ступеньки и рифление — были объединены в новой конструкции, и с этого момента всегда стала использоваться подобная схема.
Когда в 1930-х годах начали проектировать первый в нашей стране московский метрополитен, была предпринята попытка ознакомиться с заграничным опытом. Однако запрашиваемые суммы и время на исполнение со стороны зарубежных компаний были настолько велики, что от этой идеи пришлось отказаться. В конце 1933 года директор лондонского отделения фирмы «Отис» писал председателю Моссовета: «Ваши специалисты — способный народ. Но эскалаторы — чрезвычайно сложное дело, им с этим делом не справиться. Даже мы, с нашим тридцатилетним опытом, не возьмёмся выполнить заказ в такие сроки. Я, как друг Советского Союза, обязан вас предупредить, что сроки пуска метро могут быть сорваны». Но советские инженеры и учёные сумели решить эту уникальную задачу, и в феврале 1935 года эскалаторы стали доставлять пассажиров на станции московского метрополитена.
Одним из важных элементов эскалатора является ступенька. У неё четыре ролика: два больших и два маленьких. Большие ролики едут по своим направляющим рельсам, а маленькие — по своим.
Когда проектировали эскалатор, даже подбор материалов для роликов был очень важной и трудной задачей. Московский метрополитен открыт примерно с шести утра до часу ночи. Т. е. больше 19 часов — больше 68 тысяч секунд в день. Самая медленная скорость эксплуатации эскалатора сейчас 0,75 м/c, и, значит, ступенька пробегает каждый день больше 50 километров. И так, без устали, день за днём, в год более 18 тысяч километров! Представляете, каков должен быть материал, чтобы ролики без регулярных ремонтов и замен могли выдерживать постоянно едущих на ступеньках пассажиров. И это только одна деталь и один вопрос, который пришлось решать советским инженерам, а таких вопросов были тысячи.
Вот так примерно выглядит схема эскалатора. Если посмотреть сбоку, то видно, что именно взаимное расположение направляющих рельс больших и маленьких роликов обеспечивает основное свойство эскалатора: в верхней части «живой лестницы», по которой едут пассажиры, ступени всегда горизонтальны. В нижней же части ступени возвращаются вверх параллельно направляющим, не занимая место в туннеле.
Но вернёмся к нашему вопросу о глубине, на которую спускается эскалатор. Удивительный факт состоит в том, что все российские эскалаторы, с самых первых и до производимых в наше время, наклонены к горизонту под углом в 30 градусов!
Достроим мысленно эскалатор до естественного прямоугольного треугольника. Длина его гипотенузы — это длина эскалатора, а длина одного из катетов и будет примерно равна глубине заложения той станции метро, на которую ведёт этот эскалатор.
Как же посчитать длину эскалатора, спускаясь по нему? Можно было бы засечь время, но тогда для вычисления пути нужно точно знать скорость движения, а она может меняться от 0,75 м/c до 1 м/c, и погрешность — в четверть — довольно большая.
Можно было бы посчитать размеры одной ступеньки, но затем понять на движущемся эскалаторе, сколько на гипотенузе умещается ступенек, сложновато…
Что же мы можем использовать ещё? Спускаясь или поднимаясь по эскалатору, мы постоянно проезжаем фонари! Расстояние между ними не фиксируется, ГОСТами оговаривается необходимая освещённость туннеля. И в итоге получается, что фонари отстоят друг от друга примерно на 5 метров.
Спускаясь по эскалатору, можно посчитать количество фонарей. Что нужно сделать дальше, чтобы посчитать длину гипотенузы?
Не торопитесь умножать на 5. Для подсчёта длины нам же нужно не количество фонарей, а количество расстояний между ними! От подсчитанного количества фонарей следует отнять 1, а теперь уже можно умножить на 5 и на синус 30°.
Красота момента состоит в том, что синус 30° равен 1/2, и с этим числом легко производить счёт в уме! И получившаяся формула подсчёта глубины заложения станции проста для счёта и легка для запоминания.
Что такое глубина резкости в фотографии | Беззеркальные камеры | Блог
Глубина резкости является одним из значимых художественных приемов в фотографии — в портретной съемке, при помощи малой ГРИП (глубина резко изображаемого пространства) фотограф размывает фон и акцентирует внимание на модели, а снимая с большой передает на плоской фотографии всю глубину пространства в пейзаже.
Параметры влияющие на ГРИП при съемке
- Фокусное расстояние объектива — чем меньше фокусное расстояние, тем больше ГРИП и наоборот
- Диафрагма — чем шире открыта (меньше диафрагменное число), тем меньше ГРИП и наоборот
- Дистанция фокусировки — чем больше дистанция до объекта, тем больше ГРИП
В инструкциях к современным фотокамерам глубине резкости отводится не больше пары строк и, как правило, все сводится к одной только диафрагме. Подход упрощенный и эффективный, но если вы задаетесь вопросами типа:
«На какое расстояние сфокусировать объектив, чтобы на пейзажной фотографии все выглядело резким от ближайшего куста и до горизонта?»
«Почему у модели, сидящей в пол оборота, резко получился только один глаз и как избежать этого в дальнейшем?»
То эта статья для вас.
Формула расчета ГРИП, гиперфокальное расстояние и немного истории
В формуле расчета ГРИП, помимо очевидных и вполне понятных параметров, таких как дистанция фокусировки, фокусное расстояние объектива и диафрагма, есть еще один параметр — диаметр кружка нерезкости или допустимый кружок рассеивания. Для полнокадровых камер (размер негатива или сенсора 24×36 мм) его принимают равным 0,03–0,05 мм (в формулу подставляется значение в метрах).
Иногда, в расчетах диаметра кружка нерезкости его вычисляют как 1/1500 диагонали кадра, что для полнокадровой камеры дает те же 0,03 мм и упрощает расчеты для камер с сенсором другого размера (так же можно подставить в формулы выше z/кроп).
Гиперфокальное расстояние (Н) — фокусировка объектива на это расстояние обеспечивает максимальную глубину резкости (от Н/2 до ∞). Вычисляется по формуле Н=f2/(Kz).
Пример расчета гиперфокального расстояния: если сфокусировать 50 мм объектив установленный на полнокадровую камеру на расстоянии 6,2 м, установить диафрагму равную 8 и сделать снимок, то резким будет все от 3,1 м до ∞, впрочем это верно для кружка нерезкости равному 0,05 мм, а для значения в 0,03 мм придется фокусироваться на 10,5 м и резким будет все начиная с 5,25 м.
И несколько практических примеров:
Объектив Minolta MC Rokkor-PF 58 mm f/ 1.4, экземпляр из 70-х прошлого века — шкала ГРИП рассчитана для кружка нерезкости в 1/1500 диагонали кадра, рядом Гелиос-44 из 90-х и шкала ГРИП посчитана еще для 1/1000 диагонали.
Шкала ГРИП самой массовой любительской камеры «Смена 8М» рассчитана для кружка нерезкости в 1/850 диагонали (0,05 мм) и занимает почти всю окружность объектива.
Современные, автофокусные объективы, как правило лишены шкал ГРИП и расстояний, да и управление диафрагмой осуществляется на большинстве из них с камеры.
И раз уж кружок нерезкости не является константой самое время посмотреть, что означает это понятие.
Кружок нерезкости или допустимый кружок рассеяния
На рисунке выше показано прохождение света через объектив, в обоих случаях объектив сфокусирован на точке (2) — и точкой же выглядит ее проекция на матрице (5).
Для находящихся вне фокуса точек (1) и (3) проекция на матрице фотоаппарата, выглядит как круг — лучи сходятся либо до матрицы, либо за ней. В случае с закрытой диафрагмой (4) на нижнем рисунке лучи сходятся под более острым углом оставляя на матрице круги заметно меньшего диаметра, чем при полностью открытой диафрагме.
Так вот допустимый кружок рассеяния и должен показать до каких размеров нечетко сфокусированное пятно будет выглядеть для зрителя точкой, но не на матрице или негативе, а на конечном изображении — не обязательно на бумаге, это может быть экран компьютера или изображение на экране кинотеатра.
И раз уж мы заговорили о зрителе, то придется вспомнить о разрешающей способности человеческого глаза, угловое разрешение которого около 0,02°–0,03°. Именно из-за этой особенности человеческого зрения можно, лишь слегка увеличив расстояние до экрана монитора или телевизора, перестать различать отдельные пиксели. А, отодвинувшись еще немного, перестать различать Full HD картинку от 4К на экранах одного размера. Постер на фасаде соседнего дома вполне привлекательно выглядит на расстоянии и не впечатляет при близком просмотре.
Чем дальше вы отодвинетесь от монитора, тем меньше размытых и больше кружков с резкими краями вы увидите.
ГРИП в глазах смотрящего
Угловое разрешение 0,02°–0,03° не самая очевидная величина, но если перевести ее в размер отпечатка и расстояние просмотра, то и вся формула ГРИП станет понятнее.
Именно из-за углового разрешения человеческого глаза в формулу ГРИП и попало значение в 0,03–0,05 мм для диаметра кружка нерезкости — на отпечатках 10×15 см (самый массовый формат того времени) пятнышко в 0,03 мм на негативе увеличится до 0,125 мм, но с расстояния просмотра 25 см все еще будет неразличимо невооруженным глазом.
Очевидно, что при большем размере отпечатка и небольшом расстоянии просмотра при расчетах ГРИП необходимо использовать значение кружка нерезкости меньше, чем 0,03 мм.
Например, ориентироваться на размер одного светочувствительного элемента на матрице вашего фотоаппарата (на сколько они меньше традиционных 1/1500 видно на картинке выше).
Такой подход позволяет получать предсказуемый результат при печати очень большим форматом или просмотре на большом экране.
В камерах Fujifilm предпросмотр ГРИП может быть показан как для кружка нерезкости в 1/1500 диагонали, так и для кружка соизмеримого с размером одного светочувствительного элемента на матрице. Первый вариант рекомендуется использовать если изображение печатается небольшим форматом, а второй при просмотре изображения на большом мониторе или крупноформатной печати.
Практическая часть
Любознательным можно порекомендовать онлайн калькулятор ГРИП который учитывает все перечисленные выше параметры, учитывает влияние дифракции и даже визуализирует картинку. Разумеется, лучше не тащить калькулятор на съемку, а сориентироваться заранее (при недостатке опыта это может значительно сократить технический брак).
Впрочем, этой формулой можно пользоваться и без калькуляторов и сложных расчетов — достаточно запомнить всего пару чисел.
Съемка классического пейзажа не обходится без расчета гиперфокального расстояния — сфокусировав объектив на этом расстоянии можно получить картинку, где практически с одинаковой резкостью будут изображены объекты, находящиеся на разном расстоянии (от половины гиперфокального и до ∞).
Затемненная область вокруг модели показывает глубину резкости.
Один раз рассчитав и запомнив, что для объектива с фокусным расстоянием 23 мм при диафрагме равной 5,6 гиперфокальное расстояние составит 4 м, (расчет для отпечатка 10х15 см просматриваемого с расстояния в 25 см) можно с легкостью определять параметры для других размеров отпечатков, расстояния просмотра и определять гиперфокальное для другого значения диафрагмы.
Так, для вдвое большего отпечатка размером 20х30 см придется прикрыть диафрагму на два шага (до 11), для еще большего размера 40х60 см (еще вдвое больше) снова придется закрыть диафрагму еще на два шага (до 22). Во всех этих случаях гиперфокальное остается прежним и равно 4 м. На отпечаток 40х60 уже не смотрят с 25 см и можно смело увеличить расстояние просмотра вдвое, до 50 см и тут снова придется изменить диафрагму на два шага, но уже открыв ее пошире (до 11).
Т.е. для увеличения исходного отпечатка вдвое нужно прикрыть диафрагму на два шага, а для двукратного увеличения дистанции просмотра — открыть диафрагму на два шага. Более того, если вы решите, что 4 м гиперфокального слишком много и передний план на вашем пейзаже будет недостаточно резким, просто закройте диафрагму на два шага и гиперфокальное расстояние уменьшится вдвое (справедливо и обратное утверждение).
Эта магия двойки разрушится если взять кратное фокусное расстояние, но ровно вдвое — так, для объектива с вдвое меньшим фокусным расстоянием для гиперфокального расстояния в 4 м диафрагму придется открыть на четыре шага (до 1,4) и закрыть на четыре (до 22) если новое фокусное вдвое больше исходного.
В ряде случаев для создания на конечном изображении ГРИП которую невозможно получить в одном кадре используют фокус-стекинг — собирают изображение из нескольких кадров, в каждом из которых фокусировка была на разном расстоянии, но это уже совсем другая история.
таблица, формулы расчетов, выбор скорости — как рассчитать глубину, подачу на оборот при точении
25.08.2020
Подготовимся к проведению одной из наиболее распространенных операций. Рассмотрим расчет подачи и режимов резания при токарной обработке. Его важность сложно переоценить, ведь если он проведен правильно, то помогает сделать техпроцесс эффективным, снизить себестоимость производства, повысить качество поверхностей деталей. Когда он выбран оптимально, это самым положительным образом влияет на продолжительность работы и целостность инструментов, что особенно важно в перспективе длительной эксплуатации станков с поддержанием их динамических и кинематических характеристик. И наоборот, если его неверно выбрать и взять не те исходные показатели, ни о каком высоком уровне исполнения продукции говорить не придется, возможно, вы даже столкнетесь с браком.
Режимы резания: что это такое
Это целый комплекс характеристик, задающих условия проведения токарной операции. Согласно технологическим маршрутам, обработка любого элемента (особенно сложного по форме) проводится в несколько переходов, для каждого из которых требуются свои чертежи, размеры и допуски, оборудование и оснастка. Вычислив и/или подобрав все эти параметры один раз для первой заготовки, в дальнейшем вы сможете подставлять их по умолчанию – при выпуске второй, пятой, сотой детали – и таким образом минимизируете время на подготовку станка и упростите контроль качества, то есть оптимизируете процесс производства.
В число основных показателей входит глубина, скорость, подача, в список дополнительных – масса объекта, припуски, частота, с которой вращается шпиндель, и в принципе любая характеристика, влияющая на результат обработки. И важно взять те из них, что обеспечат лучшую итоговую точность, шероховатость и экономическую целесообразность.
Есть несколько способов провести расчет режимов резания при точении:
- • аналитический;
- • программный;
- • табличный.
Первый достаточно точный и до появления мощной компьютерной техники считался самым удобным. По нему все вычисления осуществлялись на основании паспортных данных оборудования: мощность двигателя, частоту вращения шпинделя и другие показатели подставляли в уже проверенные эмпирические выражения и получали нужные характеристики.
С разработкой специализированного ПО задача калькуляции существенно упростилась – все операции выполняет машина, быстрее человека и с гораздо меньшей вероятностью совершения ошибок.
Когда под рукой нет компьютера или формул, зато есть опыт, можно определить подходящие критерии на основании нормативных и справочных данных из таблиц. Но для этого необходимо учитывать все изменения значений, даже малейшие, что не всегда удобно в условиях производства.
Особенности определения режимов резания при точении
В первую очередь нужно выбрать глубину обработки, после нее – подачу и скорость. Важно соблюсти именно такую последовательность – в порядке увеличения степени воздействия на инструмент. Сначала вычисляются те характеристики, которые могут лишь минимально изменить износ резца, в конце те, что влияют на ресурс по максимуму.
Параметры следует определять для предельных возможностей оборудования, в обязательном порядке учитывая размеры, металл исполнения, конструкцию инструмента.
Важным пунктом является нахождение подходящей шероховатости. Плюс, правильнее всего взять лезвие под конкретный материал, ведь у того же чугуна одна прочность и твердость, а у алюминия – совсем другая. Не забывайте также, что в процессе происходит нагрев детали и возрастает риск ее деформации.
Выбор режима резания при точении на токарном станке продолжается установлением типа обработки. Какой она будет, черновой или чистовой? Первая грубая, для нее подойдут инструменты, выполненные из твердых сталей и способные выдержать высокую интенсивность техпроцесса. Вторая тонкая, осуществляется на малых оборотах, со снятием минимального слоя металла.
Глубина определяется количеством проходов, за которые убирается припуск. Подача представляет собой расстояние, преодолеваемое кромкой за вращение заготовки, и может быть одного из трех типов:
- • минутная;
- • на зуб;
- • на оборот.
Скорость в значительной степени зависит от того, какая именно операция выполняется, например, при торцевании она должна быть высокой.
Характеристики режимов резания
Прежде чем подробно рассмотреть все основные параметры, скажем еще несколько слов о методах вычислений. Точнее, о том, как от графики перешли к аналитике и компьютеризации.
По мере совершенствования производства даже самые подробные таблицы оказывались все менее удобными: столбцы, колонки, соотношения – на изучение этого и поиск нужного значения уходило огромное количество времени. И это при том, что основные показатели связаны между собой, и уменьшение/увеличение одного из них провоцировало менять остальные.
Установив столь очевидную зависимость, инженеры стали пользоваться аналитическим способом, то есть продумали эмпирические формулы, и начали подставлять в них частоту вращения шпинделя, мощность силового агрегата и подачу и находить нужные характеристики. Ну а развитие компьютеров и появление вычислительного ПО серьезно упростило задачу и защитило итоговые результаты от ошибок человеческого фактора.
Схема расчетов режима резания на токарном станке
Порядок действий следующий:
- • Выбираете, каким инструментом будете пользоваться в данной ситуации; для хрупких материалов подойдет лезвие со сравнительно небольшими показателями прочности, но для твердых – с максимальными.
- • Определяете толщину снимаемого слоя и число проходов, исходя из актуального метода обработки. Здесь важно обеспечить оптимальную точность, чтобы изготовить изделие с минимальными погрешностями геометрических габаритов и поверхностей.
Теперь переходим к рассмотрению конкретных характеристик, играющих важную роль, и к способам их практического нахождения или изменения.
Глубина резания при токарной обработке на станке
Ключевой показатель для обеспечения качества исполнения детали, показывающий, сколько материала нужно убрать за один проход. Общее количество последних вычисляется с учетом следующего соотношения припусков:
- • 60% – черновая;
- • от 20 до 30% – смешанная;
- • от 10 до 20% – чистовая.
Также свою роль играет то, какая форма у заготовки и что за операция выполняется. Например, при торцевании рассматриваемый параметр приравнивается к двойному радиусу предмета, а для цилиндрических деталей он находится так:
k = (D-d)/2, где:
- D и d – диаметры, начальный и итоговый соответственно;
- k – глубина снятия.
Если же изделие плоское, используются обычные линейные значения длины – 2, 1-2 и до 1 мм соответственно. Здесь же есть зависимость от поддерживаемого класса точности: чем он меньше, тем больше нужно совершить подходов для получения результата.
Как определить подачу при точении
Фактически она представляет собой то расстояние, на которое резец передвигается за один оборот, совершаемый заготовкой. Наиболее высока она при черновой обработке, наименее – при чистовой, когда действовать следует аккуратно, и в дело также вступает квалитет шероховатости. В общем случае ее делают максимально возможной (для операции) с учетом ограничивающих факторов, в числе которых:
- • мощность станка;
- • жесткость системы;
- • стойкость и ресурс лезвия.
При фрезеровании отдают предпочтение варианту «на зуб», при зачистке отверстий – рекомендованному для текущего инструмента, в учебных целях – самую распространенную, то есть 0,05-0,5 об/мин.
Формула расчета подачи при точении, связывающая между собой все ее виды, выглядит так:
SM = S*n = SZ*Z*n, где:
n – частота вращения резца,
Z – число зубцов.
Для упрощения вычислений можно брать данные отсюда:
|
Диаметр, заготовки, мм |
Размер инструмента, мм |
Подача, мм/об, с выбранной глубиной резания, мм |
||||
|
до 3 |
3-5 |
5-8 |
8-12 |
от 12 |
||
|
Для стали |
||||||
|
до 20 |
16х25-25х25 |
0,3-0,4 |
– |
|||
|
20-40 |
0,4-0,5 |
0,3-0,4 |
– |
|||
|
40-60 |
16х25-25х40 |
0,5-0,9 |
0,4-0,8 |
0,3-0,7 |
– |
|
|
60-100 |
0,6-1,2 |
0,5-1,1 |
0,5-0,9 |
0,4-0,8 |
– |
|
|
100-400 |
0,8-1,3 |
0,7-1,2 |
0,6-1 |
0,5-0,9 |
– |
|
|
400-500 |
20х30-40х60 |
1,1-1,4 |
1-1,4 |
0,7-1,2 |
0,6-1,2 |
0,4-1,1 |
|
500-600 |
20х30 |
1,2-1,5 |
1-1,4 |
0,8-1,3 |
0,6-1,3 |
0,4-3,2 |
|
Для чугуна |
||||||
|
до 20 |
16х25-25х25 |
– |
||||
|
20-40 |
0,4-0,5 |
– |
||||
|
40-60 |
16х25-25х40 |
0,6-0,9 |
0,5-0,8 |
0,4-0,7 |
– |
|
|
60-100 |
0,8-1,4 |
0,7-1,2 |
0,6-1 |
0,5-0,9 |
– |
|
|
100-400 |
1-1,3 |
0,9-1,4 |
0,8-1,1 |
0,6-0,9 |
||
|
400-500 |
20х30-40х60 |
1,3-1,6 |
1,2-1,5 |
1,1-1,3 |
0,8-1 |
0,7-0,9 |
|
500-600 |
20х30 |
1,5-1,8 |
1,2-1,6 |
1-1,4 |
0,9-1,2 |
0,8-1 |
Если операции осуществляются под серьезными ударными нагрузками, выбранное значение необходимо помножить на 0,85. Если металлом детали является жаропрочная конструкционная сталь, следует ограничиться 1 мм/об.
Расчет скорости резания при токарной обработке
Это показатель с сильнейшим влиянием, зависящий от следующих факторов:
- • тип работы;
- • вид используемого инструмента;
- • материал исполнения заготовки.
Так, торцы отрезаются так быстро, как только возможно, в то время как сверление выполняется уже гораздо медленнее. Для решения стандартных задач параметр можно без труда вычислить, умножив диаметр будущего изделия на число оборотов в минуту и на тт, а затем разделив на поправочный коэффициент в 1000. Для упрощения можно воспользоваться специальным программным обеспечением.
Но если под рукой нет компьютера с установленным ПО или даже калькулятора, есть альтернативный вариант – уже подсчитанная скорость резания при точении из таблицы (ее мы отдельно приведем ниже). Также представим вашему вниманию две формулы – чтобы вы могли воспользоваться любой из них на основе уже имеющихся значений, а после обратили свое внимание на нормированные показатели.
Проверка принятых характеристик
Оборудование необходимо эксплуатировать подходящим образом – это нужно не только для производительности, но и с точки зрения эксплуатации.
Допустим, что вы остановились на каких-то значениях, что предпринять дальше? Прежде чем настраивать по ним станок, необходимо убедиться, что они правильные, так сказать, подтвердить правильность выбора режимов резания при токарной обработке.
Для этого нужно лишь заглянуть в паспорт оборудования и свериться с рекомендованными параметрами. Нормированные показатели должны быть выше тех, что взяли вы. Если это условие не выполняется, следует скорректировать величины, иначе техника вполне может выйти из строя в процессе изготовления деталей.
Какой инструмент использовать
Такой, что обеспечит:
- • необходимую форму и геометрические параметры заготовки;
- • достаточное качество готовой поверхности;
- • технологичность и безопасность процесса выпуска;
- • минимальные энергетические затраты при хорошей производительности;
- • экономичный расход дорогих и/или редких материалов;
- • ремонтопригодность изделия.
Выше мы уже писали, что длина обработки (резания) и подача на оборот при точении зависят лезвия, поэтому его тоже нужно рассмотреть подробнее. Сделаем это прямо сейчас, сгруппировав все разнообразие вариантов по главным признакам и выделив их особенности.
Классификация инструментов
Разделить их можно по трем показателям, каждый из которых оказывает достаточно сильное влияние на результаты проведения операций. Если установить неподходящий, это обернется недостаточной продуктивностью труда, ухудшением точности, повышением износа функциональных узлов или даже нарушением техники безопасности. Поэтому так важно правильно определиться и использовать то, что подходит для станка.
По способу обработки
Чтобы вам было проще выбирать рекомендуемые режимы резания при точении, таблицы составлены для таких разновидностей лезвий:
- • проходные;
- • резьбовые;
- • галтельные;
- • расточные;
- • фасонные;
- • резьбовые;
- • прорезные;
- • подрезные;
- • отрезные.
Между собой они различаются формой, размерами и исполнением кромок.
По материалу рабочей части
Они бывают:
- инструментальные;
- быстрорежущие;
- минералокерамические;
- твердосплавные – одно-, двух- и трехкарбидные (вольфрамовые, титановольфрамовые и титанотанталовольфрамовые соответственно).
Конкретный вариант подбирается, исходя из твердости поверхности детали – понятно, что он должен быть еще прочнее, чтобы не разрушаться при механическом контакте, а снимать стружку.
По исполнению
Есть один момент, о котором стоит помнить, выбирая любой параметр, например, обороты токарного станка по металлу: таблица составлена сразу для всех видов инструмента. При этом конструкция у него может быть:
- сборная;
- цельная;
- комбинированная.
У каждого типа свои преимущества. Первый отличается наибольшей ремонтопригодностью, ведь можно заменить лишь один деформированный элемент, а не весь резец. Зато второй гораздо лучше выдерживает повышенные нагрузки, так как равномерно воспринимает все силовые воздействия. Третий же сочетает в себе преимущества двух предыдущих, но стоит дороже всего.
Определяться вам, в зависимости от характера и твердости поверхности, точности снятия слоя, тех геометрических параметров, которые нужно получить в результате.
Формула подачи и режимов резания при токарной обработке
Для вычислений воспользуйтесь следующим выражением:
Vt = n x f (мм/мин), где:
- n – частота вращения;
- f – величина подачи на 1 оборот.
Также есть другие полезные соотношения, например, для нахождения эффективной мощности:
N (э) = (PZ x V)/(1020 x 60), причем:
P (z) – это максимальная нагрузка (тангенциальная сила), и она в свою очередь представлена в виде:
P (z) = 10Ср x t1 x S2 x V3 x Kp
Зная все эти величины, можно определить необходимую производительность станка:
N (п) = N(э)/η,
где η представляет собой заложенный заводом-изготовителем КПД (коэффициент полезного действия) оборудования.
Для выяснения оптимальной скорости резания при токарной обработке таблица необязательна – нужный показатель не составляет труда найти по следующей формуле:
VC = (DC x π x n)/1000 м/мин, где:
- DC – двойной радиус детали;
- n – частота вращения.
Или в качестве альтернативы можно воспользоваться таким соотношением:
- • V = CV/((T1 x t2 x S3) x KV, в котором:
- • T – стойкость инструмента;
- • CV – коэффициент, применяемый как к заготовке, так и к лезвию;
- • 1, 2, 3 – параметры степеней;
- • KV – поправочное значение, зависящее от материала кромки, качества (точности) и особенностей поверхностного слоя.
Опять же, все полученные данные нужно сверить со стандартным рядом, актуальным для имеющегося станка, и убедиться, что они разница между ними не больше 5% и что они не превышают нормированные значения.
Таблица режимов резания при токарной обработке на станке
|
Материал |
Операция |
Показатели степени |
СР |
|||
|
Детали |
Лезвия |
n |
x |
y |
||
|
Сталь конструкционная |
Твердая |
Наружное растачивание |
-0,15 |
1 |
0,75 |
300 |
|
Прорезание и отрезание |
0 |
0,72 |
0,8 |
408 |
||
|
Быстрорежущая |
Наружное растачивание |
0 |
1 |
0,75 |
200 |
|
|
Прорезание и отрезание |
0 |
1 |
1 |
247 |
||
|
Чугун серый |
Твердый сплав |
Наружное растачивание |
0 |
1 |
0,75 |
92 |
|
Быстрорежущая сталь |
Прорезание и отрезание |
– |
1 |
1 |
158 |
|
|
Чугун кованый |
Твердый сплав |
Наружное растачивание |
0 |
1 |
0,75 |
81 |
|
Прорезание и отрезание |
– |
1 |
1 |
139 |
||
Теперь вы понимаете, насколько важно верно определить параметры эксплуатации оборудования. Хорошо, что это не будет проблемой теперь, когда вы знаете, как рассчитать режимы резания при токарной обработке. А станок, который эффективно решит любые ваши производственные задачи, вы всегда можете заказать у ижевского производителя – завода «Сармат».
Уравнения глубины резкости
Гиперфокальное расстояние, близкое расстояние с приемлемой резкостью и дальнее расстояние с приемлемой резкостью рассчитываются с использованием следующих уравнений (из Greenleaf, Allen R., Photographic Optics , The MacMillan Company, New York, 1950, стр. 25-27):
Гиперфокальное расстояние:
Ближайшее расстояние приемлемой резкости:
Дальнее расстояние приемлемой резкости:
где: | |
H | — гиперфокальное расстояние, мм |
f | — фокусное расстояние объектива | с | — расстояние фокусировки |
D n | — ближайшее расстояние для приемлемой резкости |
D f 9007 9250006 — дальнее расстояние для приемлемой резкости | |
N | — f-число |
c | — круг нерезкости, мм |
f-число рассчитывается по определению N = 2 i / 2 , где я = 1, 2, 3 ,… для f / 1.4, f / 2, f / 2.8, …
В расчетах с использованием этих уравнений должны использоваться согласованные единицы. Если фокусное расстояние и круг нерезкости имеют единицы миллиметры, вычисленное гиперфокальное расстояние будет иметь единицы миллиметра. Чтобы преобразовать в футы, разделите H на 304,8. Чтобы преобразовать в метры, разделите H на 1000.
© 2003 Дон Флеминг. Все права защищены.
Политика конфиденциальности
.Minium Depth of Foundation — по формуле Ренкина
Глубина фундамента — это самый важный расчет во всей конструкции. Всем известно, что в строительстве есть две основные категории фундаментов.
- Фундамент мелкого заложения
- Фундамент глубокий
Но знаете ли вы, чем метод фундамента отличается от других?
Все зависит от разных факторов. Здесь мы увидим
- Факторы, влияющие на глубину фундамента
- Формула минимальной глубины фундамента по Ренкину
- Какой угол срабатывания?
- Что такое несущая способность грунта?
Факторы, влияющие на глубину фундамента
При проектировании глубины фундамента конструкции важную роль играют следующие факторы.
- Несущая способность грунта (выдерживающая нагрузка)
- Плотность почвы
- Уровень грунтовых вод
- Собственный вес конструкции (собственная нагрузка)
- Какая будет временная нагрузка? (Предположение)
- Ветровая нагрузка и сейсмическая нагрузка (землетрясение)
Минимальная глубина основания по формуле Ренкина
Формула минимальной глубины фундамента была изобретена Ренкином с учетом характеристик почвы.
Формула Ренкина
Df = P / γ (1-Sin Ⴔ / 1 + Sin Ⴔ) 2
Df — Минимальная глубина фундамента в метрах
П — Несущая способность грунта, кН / м 2
γ — Плотность грунта или удельный вес грунта в КН / м 3
Ⴔ — Угол естественного откоса грунта
Прежде, чем перейти к расчету примера.Давайте узнаем о несущей способности почвы и угле естественного откоса.
Что такое угол естественного откоса почвы?
Самый крутой угол по отношению к горизонтальной плоскости, под которым материал может складываться без оседания (как показано на рисунке ниже), известен как Угол откоса . Угол срабатывания должен находиться в диапазоне от 0 ° до 90 °.
Здесь мы перечислили различные типы угла естественного откоса почвы.
| # | ПОЧВА | УГОЛ ПОВРЕЖДЕНИЯ |
| 1 | Грязь | 0 ° |
| 2 | Мокрая глина | 15 ° |
| 3 | Мокрая Земля | 15 ° -17 ° |
| 4 | Сухая Земля | 20 ° -30 ° |
| 5 | Мокрый песок | 25 ° -26 ° |
| 6 | Консолидированная сухая земля | 30 ° |
| 7 | Сухой песок | 30 ° -35 ° |
| 8 | Глина сухая | 35 ° |
| 9 | Влажный песок и уплотненный сухой песок | 35 ° |
| 10 | Гравий | 40 ° |
| 11 | Щебень и влажная глина | 45 ° |
| 12 | Угольная зола | 40 ° -45 ° |
| 13 | Влага Земля | 45 ° -50 ° |
Какова несущая способность почвы?
Способность грунта выдерживать структурную нагрузку на грунт без разрушения при сдвиге или осадки называется безопасной несущей способностью грунта .
Здесь мы перечислили различные типы несущей способности грунта со значениями
| # | ТИП ПОЧВЫ | МОЩНОСТЬ кН / м² |
| 1 | Гравий рыхлый | 98 |
| 2 | Песок мелкий, рассыпчатый и сухой | 98 |
| 3 | Влажная глина | 147 |
| 4 | Глина средняя | 245 |
| 5 | Мелкий песок и ил | 245 |
| 6 | Мягкий рок | 441 |
| 7 | Гравийный песок | 441 |
| 8 | Крупный песок, компактный и сухой | 441 |
| 9 | Твердая глина | 451 |
| 10 | Остаточные отложения осколков и раздробленных коренных пород | 883 |
| 11 | Песчаный камень, Известняк | 1618 |
| 12 | Хард-рок — Гранит, Дионит | 3236 |
Фактическая несущая способность и другие данные, относящиеся к почве, будут указаны в отчете исследования почвы.
Плотность почвенного списка приведена ниже
| # | ПОЧВА | ПЛОТНОСТЬ кг / м³ |
| 1 | Глина (сухая) | 1600 |
| 2 | Глина (влажная) | 1760 |
| 3 | Земля (сухая, рыхлая) | 1200 |
| 4 | Песок (сухой, рыхлый) | 1440-1700 |
| 5 | Гравий | 2000 |
| 6 | Ил | 2100 |
| 7 | Магматические породы (основные) | 3000 |
| 8 | Магматические породы (Felsic) | 2700 |
| 9 | Осадочные породы | 2600 |
| 10 | Метаморфические породы | 2700 |
| 11 | Грязь | 1600-1920 |
| 12 | Щебень | 1600-1750 |
Теперь давайте посмотрим на пример расчета глубины с использованием приведенного выше табличного значения.
Как рассчитать минимальную глубину, необходимую для фундамента в твердой глинистой почве?
Df = P / γ (1-SinΦ / 1 + SinΦ)
P- 451 кН / кв.м; γ — 1600 кг / м 3 ; Φ — 35
Глубина = (451 × 101/1600) x ((1-Sin35 °) / (1 + Sin35 °)) 2
= 2,10 м
Таким образом, нам потребовалась минимальная глубина 2,10 м для твердого грунта.
Это простой пример.При проектировании глубины фундамента необходимо учитывать следующие факторы.
- Статическая нагрузка, временная нагрузка и другие нагрузки (читайте о типах нагрузок)
- Если вам нужно в будущем расширить здание, проектируйте соответственно.
- Соберите детали слоев почвы для точного расчета.
Счастливого обучения 🙂
.Формула уравнения глубины кожи (также известная как скин-эффект)
Формула уравнения глубины кожи (также известная как скин-эффект)
As частоты увеличиваясь, проводимость начинает двигаться от равномерного распределения по поперечному сечению проводника к существованию почти исключительно вблизи поверхность. В зависимости от объемного удельного сопротивления проводника (δ с ) на достаточно высокой частоте весь радиочастотный ток протекает внутри очень маленькая толщина на поверхности. Кроме того, ток концентрируется ближе всего к поверхности, которая примыкает к самой высокой относительной диэлектрической проницаемости. постоянный.Более низкие объемные сопротивления приводят к меньшей глубине скин-слоя.
В случае На микрополосковой схеме (справа) ток концентрируется ближе всего к диэлектрическому материалу подложки, хотя ток также концентрируется и на других поверхностях (более красные области). Для сплошного провода (слева) ток концентрируется на внешней поверхности. Именно по этой причине, при небольшой глубине обшивки сплошной провод можно заменить полой трубкой без ощутимой потери характеристик.Выбор обшивки материал может ухудшить характеристики (увеличить затухание), если его объемное удельное сопротивление больше, чем у меди.
Большинство обычных проводников имеют относительную проницаемость, очень близкую к 1, поэтому для меди, алюминия и т. Д. Можно с уверенностью принять значение µ, равное 4π * 10 -7 Гн / м. Магнитные материалы, такие как железо, кобальт, никель, муметалы и пермаллой может иметь относительную проницаемость в сотни или тысячи.
Уравнение для расчета глубины скин-фактора приведено здесь:
(нажмите
здесь таблица расчетных значений)
(нажмите здесь, чтобы получить скин
вычислитель глубины)
µ = проницаемость (4π * 10 -7 Гн / м), примечание: H = Генри = Ом * с
π = пи
δ с = глубина скин-фактора (м)
ρ = удельное сопротивление (Ом * м)
ω = радианная частота = 2π * f (Гц)
σ = проводимость (mho / m), примечание: mho [] = Siemen [S]
Пример: медь на частоте 10 ГГц ( ρ Cu = 1.69 * 10 -8 Ом · м)
.