Низкомодульный материал
Cтраница 3
Твердое топливо для ракетных двигателей бывает либо в виде кассет, либо1 в виде отливок, получаемых на месте. Требования к механическим свойствам материала в этих двух случаях совершенно различны: топливо в отливках представляет собой низкомодульный материал, а топливо в кассетах - высокопрочный материал с высоким модулем упругости. В последнем случае топливо можно сравнительно легко извлечь из двигателя - достаточно удалить один конец двигателя, освободить прижимную плиту и вытолкнуть пороховую шашку ( в сборе с ингиби-рующим материалом) наружу. Восстановление топлива и металлической конструкции двигателя при этом не представляет сложности. Топливо, загружаемое посредством литья, можно удалить из двигателя только с помощью мощной струи водьь Эта процедура целесообразна для восстановления корпуса двигателя, но топливо и облицовка при такой обработке разрушаются. [31]
Для надлежащего обоснования прочности, ресурса ( срока службы до наступления предельного состояния) и трещиностойкости требуется комплекс расчетов напряженно-деформированного состояния несущих элементов, включающих определение номинальных сг и максимальных сг 1ах напряжений, амплитуд этих напряжений, максимальных Т ах и минимальных T in температур эксплуатации, чисел циклов № и времени гэ эксплуатации. Эти расчеты для сложных многоэлементных узлов дополняют испытаниями моделей из оптически активных ( фотоупругость) и низкомодульных материалов и из соответствующих конструкционных материалов. [32]
Эти расчеты для сложных много - элементных узлов дополняют испытаниями моделей из оптически активных ( фотоупругость) и низкомодульных материалов и из соответствующих конструкционных материалов. Испытания проводят при имитации эксплуатационных режимов нагружения, а номинальные и локальные напряжения, деформации, температуры измеряют тензорезисторами, оптически активными и хрупкими тензочувствительными покрытиями, средствами муара, голографии, термовидения. [33]
Описанные выше прямые методы измерения синусоидально изменяющихся силы и скорости или амплитуд и фаз периодического вращения используются в диапазоне частот от очень низких частот до частот порядка 10 - 100 гц для низкомодульных материалов. При более высоких частотах можно применять метод измерения комплексного отношения напряжения к деформации при помощи электромагнитного преобразователя; для низкомодульных материалов применение образца в форме сэндвича с деформацией простого сдвига позволяет создать прибор с достаточно широкой областью применения и высокой точностью. [34]
 |
Схематическая диаграмма равномерного ( а и неравномерного ( б нагружения слоистого материала при поперечном изгибе. [35] |
Аналогично может быть рассчитана по правилу смеси жесткость композиции при действии напряжения изгиба в плоскости композиционного материала. Однако при поперечном изгибе или напряжении кручения многослойные слоистые материалы ведут себя согласно правилу смеси только в тех случаях, когда они состоят из большого числа слоев и распределение высоко - и низкомодульных материалов равномерно по всей толщине композиционного материала. [36]
Панель состоит из 13 слоев композиционного материала ( КМ) и одного изотропного слоя. Последний изотропный слой представляет собой низкомодульный материал ( НМ) типа резины толщиной 1 96 мм. Толщина одного слоя КМ составляет 0 28 мм, общая толщина КМ 3 64 мм. Длина сечения панели в расчетах принята 28 мм. [37]
Во вспомогательных деталях, которые вносят малый вклад в общую прочность конструкции, редко возникает опасная концентрация напряжений, независимо от используемого материала. Концентрация напряжений может возникать в любой конструкции независимо от материала. В общем случае, если низкомодульный материал работает параллельно с высокомодульной накладкой, то характер распределения напряжений в них вряд ли будет одинаков. Для сложных конструкций, например кузова автомобиля, такая упрощенная ситуация возникает редко. Если сопрягающиеся детали из пластика и металла жестко связаны между собой, то различие в температурных коэффициентах линейного расширения будет вызывать избыточные напряжения или искажения, поэтому толщина стыкового соединения должна быть выбрана так, чтобы исключить влияние температуры на прочность и жесткость конструкции. [38]
Повышение предельных параметров модели /, е, о, т приводит к более локализованным зонам разрушения. С уменьшением амплитуды локальной нагрузки до РО 2 кбар, т 1 мкс разрушаются только слои композиционного материала в виде вытянутой зоны вблизи границы КМ и НМ. При этом образования ярко выраженного кратера в зоне приложения нагрузки не происходит, тыльный слой низкомодульного материала не разрушается. С увеличением длительности локальной нагрузки ( Ра 2 кбар, т 10 мкс) характер разрушения композиционной панели существенно меняется - разрушение главным образом происходит в тыльном слое низкомодульного материала, образуя тыльный откол. [39]
Однако моделирование с применением железобетона, имеющего тот же модуль упругости, что и натурный материал, трудоемко, так как требует сооружения больших моделей, а испытание на вынужденные колебания лроводится при помощи специальных вибромашин с очень высокими числами оборотов. Так, например, для моделирования колебательного процесса в диапазоне рабочих чисел оборотов турбины на указанных выше моделях требуется вибромашина на 30000 об / мин. Эта задача могла быть решена только путем подбора низкомодульного материала, обладающего достаточно высокими прочностными данными. [40]
Повышение предельных параметров модели /, е, о, т приводит к более локализованным зонам разрушения. С уменьшением амплитуды локальной нагрузки до РО 2 кбар, т 1 мкс разрушаются только слои композиционного материала в виде вытянутой зоны вблизи границы КМ и НМ. При этом образования ярко выраженного кратера в зоне приложения нагрузки не происходит, тыльный слой низкомодульного материала не разрушается. С увеличением длительности локальной нагрузки ( Ра 2 кбар, т 10 мкс) характер разрушения композиционной панели существенно меняется - разрушение главным образом происходит в тыльном слое низкомодульного материала, образуя тыльный откол. [41]
Таким образом, нанесение гелевого слоя на поверхность стеклопластика оказывает противоположное влияние на его жесткость и модуль упругости при изгибе. Жесткость при изгибе стеклопластика возрастает ( как и должно быть) при добавлении дополнительного слоя даже в том случае, если он имеет более низкий модуль упругости. В отличие от жесткости модуль упругости при изгибе уменьшается, так как добавляемый материал имеет более низкий модуль, чем основа из полиэфирного стеклопластика с хаотическим распределением волокон. По той же причине происходит уменьшение модуля упругости при растяжении ( на 5 % от 7043 Н / мм2 в соответствии с правилом смеси), однако модуль упругости при изгибе падает более резко, чем модуль упругости при растяжении, поскольку добавляемый низкомодульный материал весь находится на поверхности, которая оказывает наибольшее влияние на модуль упругости при изгибе. [42]
В то время как для ученого-материаловеда, интересы которого направлены на улучшение материалов, основная задача состоит в детальном изучении процесса разрушения, для конструктора не меньший интерес представляют явления повреждаемости. Последний занимается созданием конструкций минимальной стоимости ( чтобы выдержать конкуренцию) с заданными характеристиками за гарантированный срок службы. Использование больших коэффициентов запаса для избежания повреждений может свести на нет усилия конструкторов, если не полностью поняты условия возникновения повреждений и опасность той или иной степени поврежденности. В некоторых случаях механическая поврежденность может быть допустима, если другие свойства при этом не ухудшаются. Часто предполагается, что ограничение прогибов элементов, выполненных из относительно низкомодульных материалов, автоматически приводит к ограничению уровня напряжений, обеспечивающему отсутствие повреждений. Однако это может быть не совсем так при усталостном нагружении, особенно в условиях концентрации напряжений. [43]
Средства наблюдения за течением явления в низкомодульных материалах могут быть, таким образом, гораздо проще, чем в высокомодульных. В табл. 5.12 приведены некоторые данные для ряда высокоскоростных фотокамер. За время экспозиции, равное 20 - Ю 6 сек, волна напряжений в уретановом каучуке распространяется на расстояние около 1 мм. С этим часто вполне можно мириться, так что камера Фастакс вполне пригодна для фотографирования картин полос при распространении волн деформаций. Авторы широко пользовались при своих исследованиях микровспышкой для фотографирования динамики картин полос. Микровспышка обычно применяется тогда, когда необходимо получить более точные результаты. Чтобы точнее обработать картины полос, полученные на низкомодульных материалах, необходимо знать их механические и оптические характеристики при различных скоростях деформаций. Ниже излагаются некоторые методы, применяющиеся для исследования этих свойств. [44]
На рис. 23, 26 показаны изолинии компонент напряжений в связующем - а 0, аг, oyz ( а, б, в) и распределение напряжений а в ( г) в волокнистой ткани композиционного материала в сечении панели. Для каждой компоненты напряжений указаны диапазоны изменения значений в данный момент времени. Цифры на изолиниях от 1 до 9 соответствуют следующим уровням напряжений: - 10, 10, - 100, 100, - 200, 200, - 300, 300, - 500 МПа. Как видно на рис. 23, ударная волна объемного сжатия отразилась от границы НМ и вызвала интенсивную волну растяжения в продольном и поперечном направлениях в прилегающих к границе слоях КМ. Данные значения напряжений существенно превышают предел прочности связующего, поэтому в указанных зонах следует ожидать интенсивного разрушения связующего. Напряжения в волокнах также превышают предельные значения на растяжение, но в другой области сечения панели. Это свидетельствует о том, что разрушение в КМ может носить очень сложный характер. В момент времени t 5 мкс отчетливо прослеживается разнонаправленность горизонтальных скоростей в соседних слоях левой и правой частей сечения панели ( см. рис. 24), что говорит о возможности разрушения путем расслоения из-за больших сдвиговых деформаций. Заметное выпучивание тыльного слоя низкомодульного материала над зоной локального нагружения ( см. рис. 26) свидетельствует о существенных растягивающих деформациях вдоль оси z, что может приводить к разрушению путем откола элементов тыльной части панели. [45]
Страницы: 1 2 3