طراحی و روش ساخت مبدل اندازه‌گیری تنش به منظور تعیین تنسور تنش در خاک

نوع مقاله: علمی- پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور

2 عضو هیأت علمی دانشگاه تهران.

چکیده

یکی از اصلی‌ترین مشکلات استفاده از ماشین در عرصه‌های کشاورزی و منابع طبیعی و به‌ویژه برای ماشین‌های کشنده در جنگل که عموماً بسیار سنگین هستند، کوبیدگی و افزایش فشردگی خاک می‌باشد. اگرچه در اراضی کشاورزی با استفاده از روشها و ماشین‌های خاکورزی می‌توان تا حدودی فشردگی خاک را اصلاح نمود، ولی در عرصه‌های منابع طبیعی به‌ویژه جنگل این کار امکان‌پذیر نیست. به همین دلیل قبل از کاربرد ماشین در جنگل باید پیش‌بینی‌های لازم را اتخاذ نمود و با انتخاب روش صحیح بهره‌برداری و نوع ماشین از افزایش بیش از حد فشردگی خاک جلوگیری کرد. یکی از روشهای تعیین وضعیت تراکم خاک، بررسی نیروهای اعمال شده به خاک است که برای این کار نیاز به اندازه‌گیری تمام تنش‌های موجود در خاک و تعیین تنسور تنش می‌باشد. بدین منظور مبدلی طراحی شد که تنش‌های عمودی را در شش جهت مشخص اندازه‌گیری کند تا با داشتن شش تنش عمودی، تنش‌های برشی مورد نیاز نیز محاسبه ‌شوند. مبدل از دو قسمت هسته مرکزی و حس‌کننده‌های فشار تشکیل شده است که هسته مرکزی جسمی آلومینیومی می‌باشد و شش حس‌کننده فشار در زاویه‌های معین روی آن نصب شده‌اند. سیستم جمع‌آوری داده‌ها شامل دیتالاگر، چاپگر و ضبط‌کننده می‌باشد. با اطلاعات بدست آمده از این مبدل، محاسبه تنش‌های برشی در خاک میسر و در نهایت تنسور تنش خاک محاسبه می‌شود. در نهایت تغییرات ایجاد شده در جرم مخصوص خاک که بر اثر عبور ماشین ایجاد می‌گردد از طریق اطلاعات فوق بدست می‌آید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Designing of transducer for determination of stress state in soil

نویسندگان [English]

  • Farshid Merrikh 1
  • Reza Alimardani 2
  • Ali Babakhani 2
1 Senior Expert, Research Institute of Forests and Rangelands
2 Member of Scientific board, University of Tehran
چکیده [English]

It is a fact that excessive traffic of machines on natural sources and agricultural fields increases soil compaction. The study of soil compaction requires determination of the stress state of soil. A transducer was designed to measure normal pressure in six predetermined directions. The pressure transducer composed of six sensing units and a core. The Data Acquisition System used in this research consists of a data logger, a printer and a recorder. The data collected were used to determine shear stresses which in turn can be utilized for calculation of soil stress state. The change in soil density due to the excessive traffic can be calculated by these data.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compaction
  • soil
  • stress state
  • Transducer
- شاکری، م. و نخعی، غ.، 1372. مقاومت مصالح پیشرفته و تحلیل تجربی تنش. دانشگاه صنعتی امیر کبیر، تهران، 541 صفحه.

- Alimardani, R., 1987. A Computer Base Instrumentation System For Measuring Tractor Field Performance. Ph.D. Dissertation, Iowa State University, 134 p.

- Cooper, A. W., Vanden Berg, G.E., Mc colly, H.F. and Erickson, A.E., 1957. Strain Gauge Cell Measures Soil Pressure. Agricultural Engineering: 232-235, 246.

- Harris, W. L., Buchele, W.F. and Malvern, L.E., 1964. Relationship of Mean Stress, Volumetric Strain and Dynamic Loads in soil. Transactions of the ASAE, 7(4): 362 - 363, 369.

- Hovansion, J. D. and Buchele, W.F., 1959. Development of a Recording Volumetric Transducer for Studying Effects of Soil Parameters on Compaction. Transactions of the ASAE: 78-81.

- Nichols, T. A., Bailey, A.C., Johnson, C.E. and Grisso, R.D., 1984. A Stress State Transducer For Soil. ASAE Paper No. 84-1592.

- Mckyes, E., 1985. Soil cutting and tillage. Elsevier, Amsterdam, 217p.

- Nichols, T. A., Bailey, A.C. and Johnson, C.E., 1985. Soil Stress State Determination Under Wheel Loads. ASAE Paper No. 45-1553.

- Raper, R., 1987. Prediction of Soil Compaction Using The Finite Element Method. Ph.D. Dissertation, Iowa state university, 244 p.

- Vanden Berg, G. E., Buchele, W.F. and Malvern, L.E., 1958. Application of Continuum Mechanics to Soil Compaction. Transactions of ASAE, 1(1): 24-27.

- Verma, B. P., Bailey, A.C., Schafer, R.L. and Futral, J.G., 1976. A Pressure Transducer in Soil Compaction study. Transactions of the ASAE, 19(3): 442-447.