Композитная модель
Cтраница 2
Материал модели для изучения напряжений поляризационно-оптическим методом должен быть прозрачным, оптически однородным и чувствительным. Если композитную модель изготовить из прозрачного оптически чувствительного материала с требуемым в соответствии с условиями подобия отношением модулей упругости EjjEz и соответствующими коэффициентами Пуассона щ и [ д 2, то на такой модели можно определить напряжения IB каждом из элементов композитной конструкции. Однако можно изготовить модели, в которых лишь отдельные элементы выполнены из оптически чувствительного материала, а другие - ив прозрачного нечувствительного или непрозрачного материала. На таких моделях с помощью поляризационно-оптического метода можно определить напряжения лишь в элементах, изготовленных из оптически: чувствительного материала. [16]
Например, повысив температуру полимеризации модели, можно существенно сократить длительность испытания на центрифуге при изучении напряжений от действия массовых сил. Если для полимеризации композитной модели при комнатной температуре центрифуга должна вращаться в течение 10 сут. С ( см. табл. 5.1) длительность вращения сокращается до 1 сут. Остаточные оптические эффекты в модели при такой температуре невелики, и после их отделения напряжения от механической нагрузки получаются с достаточно высокой точностью. [17]
 |
Зафиксированная картина полос интерференции ( темный фон для пластины с центральным отверстием, растягиваемой вдоль оси, ( а и график изменения кольцевого напряжения ад вдоль контура. [18] |
При изготовлении моделей композитных конструкций материал холодного отверждения заливают в форму, повторяющую конфигурацию модели. В нее вставляются армирующие элементы композитной модели, с которыми заливаемый материал скрепляется в процессе полимеризации. Армирующие элементы изготовляют из разных материалов в зависимости от требуемого соотношения модулей упругости и величины коэффициента Пуассона ( из металла, эпоксидной смолы, стекла и пр. [19]
Как следует из уравнений (4.1), (4.2), в композитной модели следует сохранить отношение модулей упругости EJE2 и значения коэффициентов Пуассона Hi и iz такими же, как в натуре. Модуль упругости и, относительную усадку сопрягаемых материалов ( сц - а2) АТ в модели можно выбирать произвольно, с там, чтобы получить наилучшие условия для измерений. Для многих металлополимер-ных и резинометалличекжих конструкций модуль упругости полимера иди резины EI гораздо меньше модуля упругости металла Е2, поэтому отношение Ei / E2 весьма м ало и изменяется незначительно при изменении Е: в довольно широких пределах. [20]
Соответствующие температурным напряжениям оптические эффекты в модели зафиксированы и остаются в ней после получения срезов. Наряду с зафиксированными оптическими эффектами в модели возникают оптические эффекты, не зафиксированные, исчезающие после отделения элементов композитной модели друг от друга. Эти незафиксированные эффекты возникают при охлаждении модели ниже температуры стеклования. Оки обусловлены остаточными напряжениями. При высоких остаточных напряжениях может произойти разрушение модели или разделение элементов по поверхности скрепления. Зафиксированные и незафиксированные оптические эффекты связаны с напряжениями разными оптическими константами, Паза фиксированные эффекты связаны с остаточными напряжениями оптической постоянной а0, которую имеет от-вержденный материал при комнатной температуре, а зафиксированные эффекты связаны с температурными напряжениями константой ар, близкой к величине, характерной для материала в вы-оокоэластическом состоянии. При разрезке модели на срезы незафиксированные оптические эффекты, соответствующие остаточным напряжениям, исчезают. Однако, чтобы полностью исключить их влияние, следует после фиксации деформаций отделить элементы композитной модели друг от друга. [21]
Использование для изготовления моделей материалов горячего отверждения имеет определенные недостатки. При выбранном материале трудно регулировать остаточные напряжения в модели. В результате этого часто1 происходит раарушение сложных композитных моделей в процессе охлаждения. Более удобный метод определения температурный напряжений в композитных конструкциях на моделях из материалов холодного отверждения разработан авторами ( см. гл. [22]
Наряду с традиционными приемами метода фотоупругости в настоящей работе изложены. Эти методы основаны на использовании ( свойств полимерных оптически чувствительных материалов, проявляемых в процессе полимеризации. Подробно описана технология изготовления оптически чувствительных материалов ( полиуретанов, эпоксидных материалов холодного отверждения и др.) и композитных моделей из них. Изложены методики проведения эксперимента на моделях, измерений и обработки результатов. Применение разработанных методов иллюстрируется примерами изучения напряжений в резинометаллических амортизаторах и колесах с массивными шинами, в металлопластмассо-вых пластинах и трубах, вблизи армирующих элементов различной формы. [23]
В ряде задач все Же удается таки определить напряжения от действия массовых сил - [95] ния только от действия массовых сил с использованием ги мож о определять методом полимеризации ( см. гл. При этом ц ции деформаций несколько больше, чем при использова замораживания, и необходимы более высокие nepeipj тельлость чикла. Тем, напряжения в модели при этом остаются на невысоком этому их удается с достаточной точностью отделить о ний, вызванных массовыми силами-с использованием м пытания двух композитных моделей ( см. гл. Труднс кающие при замораживании композитных моделей на i побуждают к проведению исследований на упрощенны: ных моделях, которые, как показано ниже, в ряде случ ляют получить полезные результаты. [24]
Материал моделей для исследования напряжений методом стесненной усадки должен обладать достаточными для получения точных результатов усадкой ( которая зависит от коэффициента температурного расширения и разности температур), оптической чувствительностью, высокой предельной деформацией и хорошей адгезией к различным материалам. Всеми этими свойствами обладают резиноо бразные полиуретаны. Оптико-механические характеристики некоторых полиуретанов приведены в табл. 2.2. Зти материалы находятся при комнатной температуре в высокоэластическом состоянии, поэтому возникающие в моделях оптические эффекты не зафиксированы и исчезают после отделения элементов композитной модели друг от друга. Резинообразные полиуретаны имеют высокую предельную деформацию ( сотни процентов), так что в моделях из полиуретанов, изучаемых методом стесненной усадки, никогда не наблюдается разрушения по основному материалу. [25]
Применение традиционных методов: замораживания, рассеянного света и других - встречает определенные трудности при изучении напряжений в объемных моделях композитных конструкций. Представляет интерес разработка методов, позволяющих определять напряжения от механических нагрузок и от изменения температуры по-отдельности. Для определения напряжений от механических нагрузок пригоден метод полимеризации, который состоит в следующем. Композитную модель отливают из оптически чувствительного материала холодного отверждения, В процессе отливки элементы из эпоксидного материала скрепляются с другими элементами модели из идого материала. Модель предварительно полимеризуют до резинообразного состояния, в недополимеризо-ванном состоянии нагружают и затем полимеризуют окончательно под нагрузкой. Поскольку полимеризационная усадка материала незначительна, а повышения температуры в процессе фиксации деформаций не требуется, в получаемых по этому методу моделях композитных конструкций отсутствуют начальные оптические эффекты. В результате напряжения от действия механических нагрузок могут быть зафиксированы без мешающих измерениям темпер атурных эффектов. [26]
По-видимому, на эффект поперечного стеснения влияет также и форма поверхности скрепления. Имеющиеся данные показывают, тем не менее, что этот эффект на расстоянии от края более толщины пластины незначителен. Для уменьшения зоны его влияния следует уменьшать толщину пластины, для исключения - экстраполировать график порядков полос, до края модели. Если армирующие элементы композитной модели расположены близко друг к другу ( на расстоянии меньше Л), то влиянием этого эффекта можно пренебречь. Полученные на плоских моделях результаты оказываются близкими к результатам для плоской деформации. Кроме того, влияние этого эффекта снижается в зонах, удаленных от поверхности скрепления. [27]
В ряде задач все Же удается таки определить напряжения от действия массовых сил - [95] ния только от действия массовых сил с использованием ги мож о определять методом полимеризации ( см. гл. При этом ц ции деформаций несколько больше, чем при использова замораживания, и необходимы более высокие nepeipj тельлость чикла. Тем, напряжения в модели при этом остаются на невысоком этому их удается с достаточной точностью отделить о ний, вызванных массовыми силами-с использованием м пытания двух композитных моделей ( см. гл. Труднс кающие при замораживании композитных моделей на i побуждают к проведению исследований на упрощенны: ных моделях, которые, как показано ниже, в ряде случ ляют получить полезные результаты. [28]
Приведенные примеры свидетельствуют об эффективности применения метода стесненной усадки на моделях из полиуретаиа для изучения температурных напряжений в композитных конструкциях. Эта методика имеет неоспоримые преимущества перед методикой нагревания моделей - в термостате и регистрации картины полос в процессе нагревания. Изучение объемных моделей из полиуретана проводят методом рассеянного света. Например, в работе [97] методом стесненной усадки с использованием рассеянного света были изучены температурные напряжения в композитной модели толстостенного цилиндра из полиуретана, скрепленного с тонкой оболочкой из эпоксидного материала. Для улучшения рассеяния света в полиуретан добавили кварцевый порошок. [29]
После медленного охлаждения отвержденной модели от температуры полимеризации до комнатной в моделях замораживаются температурные деформации и соответствующее им двойное лучепреломление. Последнее можно измерить, просветив срезы модели в полярископе. Условия моделирования, тарировка материала и пересчет результатов на натуру в основном те же, что и для моделей из полиуретанов ( см. подразд. Тарировочные образцы изготовляют из того же материала и полимеризуют по тому же циклу, что и изучаемую композитную модель. [30]
Страницы: 1 2 3