Введение к работе
Актуальность темы; Научно-технический прогресс в первую очеррдь связывают с развитием . ашиностроения, второе в свою . очередь определяет развитие других отраслей промышленности и хозяйства в целом. Совершенствование машин, оборудования ідет . путем улучшения их конструкций из традиционных материалов:, стали,
чугуна, алюминиевых сплавов и т.д., а тагскь путрад все бльшего " внедрения новых материалов - в первую очередь композиционных, которые позволяет снизить гипсу конструкций на 25-5СЙ, уменьшить трудоемкость изготовления в 1,5-3 раза и материалоемкость в 1,6-3,5 раза, така- сократить энергоемкость производства до 10 раз. Использование композиционных материалов позволяет увеличить ресурс техники в 1,5-3 раза, сократить до минимума потери от коррозии, на движущихся механизмах сокра: іть расход топлива.
На композит энные материалы ориентируется и мировое авто-' мобилестроение. Следует отметить, .что в настоящее время пласти- ; ки й томпозиты ислользуотся в основне :,для ненагруаенных и мало-нагруненных деталей. Нагруженные и высоконагруженнне' детали. изготовленные из композитов составляют около 1# издэ. Л.
Совершенствование технологии производства, появление новых
композиционных материалов и их компонентов, обладавших уникаль- .,
ными, ранее прак^ески не доетижйккмя свойствами, расширяет
возможности использования композитов для созданг" несущих кон-
струкпий, деталей, элементов, в том числе имеющих сложную гео
метрическую форму. " _ "
Наибольшая эконо зческая эффективаост'ь от применения нем-позщионных матзризлов может быть получена .при использовании их для сниксния массы деталей, движущихся в процессе своей работы со значительными скоростями и ускорениями. Н пример, для элемез-
тов шатунно-порашевс Ч группы ДО, а конкретно для шатуна, уск--рения которого достигают 1J0O д и более. Снижение' его массы влечет ч собой снижение кагрукенности как самого шатуна, так и сопряженных с ним деталей. А эт" в свою очйредь позволяет уыень-ши-хь диссипативные потери, гяссу других деталей и двигателя в целом, увеличить его модность, повысить топливную экономичность.
Исследования, направленные на создание сложнонагружэнных деталей из композиционны?: материалов, например, шатунов ДВС, явлшг'ся- чрезвычайно важными и актуальными.
Цель работы: ' Установление принципов конструирования слож-. нонагруже ных деталей, на примере шатунов ДВС, разработки -.он-г тция its компоновки, и 'создания кошозиционп: х м-тершлов с
заданной анизотропией свойств, в том числе за счёт выбора натравле їй армирования, создания условий предварительного напряжения и стесне лого сжатия, обеспечивающих оптимальную сопротивляемость конструкции действующим нагрузі і.
Длл се достижения поставлены следующие задачи: -Разработав .энструкции шатунов ДЗС из композиционных мате-риалов, основываясь на результатах моделирования поляриза-ционноог-ическим методом.
- Исследовать особенности нагруженного состояния элементов'
конструкции и возможностей их структурного упрочнения.
- Определить физико-механические свойства композиционных мате-
риалов в HeopA^aap"4X условиях нагрукчния, в частности в
условиях предварительного напряжения к стесненного сжатия.
- Выявить особенности поведек-Л элементов шатуна из компози-
' циояного материала а влияния на их .разрушение статических и динамических видов нагружения.
- Провеет стат""чэсю:е и динамические испытания различных
r.oi: г-рукщй шатунов.
''.. -5 - Провести расчетную проработку шатунов ДВС из композиционных
материалов.
Объект исследования: шатунн автомобильных двигатг-ей внут-ренныч) сгорания, изготовленные с применением композиционных материалов.
Методи исследования,. использованные в работе: математического моделирования, программирования, численные математического анализа, теории упругости, механики разрушения, статистики, теоретически М8хз.:пки, сопротивления материалов, теории механизмов и маши, подобия, афишного соотэетствия, физического МО- делирования, экспериментальные метода.
Наг пая новизна; Разработана методика исследования поляри-
рдцЕонно-оптическим методом конструкций и jx алеме: ?ов из орто-
тропных материалов, в том числе армированных и предварительно'
напряженных на моделях из изотропного армированного материала.
Проведены исследования различных вариантов конструкций шатуна'
и его элементов. . ' -
'Предложено использовать в качестве'аппарата обработки ре
зультатов исследований поляризациокно-оптического моделирования
метод афинного соответствия. Проведена обработка результятов
модельного эксперимента. . *
Экспериментально определено влияние на прочностные и де
формационные свойства композиционных материалов различных тех
нологических, конструктивных, эксплуатационных параметров,
предварительного напряжения, стесненного сжатия. ' -
Разработана концепция создания сложнонагрукенных деталей из композиционных материалов, яа основании, которой скоЕ',?р7гро-7 ' ваны,. изготовлены, а в последущем и испытаны серии 'шкетгтых образцов шатунов-ДВС.
Получены уравнения для инненерногс расчёта шатунов из
композиционного ы. ериала, а также их элементов, ваходящихс
.' в условиях стесненного сжатия. " .
Разработав и исследован принципиально новый материал -."Тритерин", получаемый метода:, холодного отверждения из состава, .включающего в качестве реагентов неорганические компоненты.
Практическая, ценность: Разработана концепция конструирования сгожнонагруженных деталей из композиционных материалов-шатунов ДВС, основанная на совместном комплексном проектировании - из?"лия и композита,' предназначенного для использования в данной конкретной конструкции при задатянх условиях эксплуатации. Она вкл~шет в себя; I - принцип сепаратного восприятия внешних нагрузок отдельными элементами шатуна, i.e. конструкция . црвдставлается состоящей из элементов, каждый из которых работаем ил:: только на растяжение иди только на сжатие; 2 - условие обязательного предварительного напряжения конструкции, пре-випапцего максимальную внешнею нагрузку; 3 - услох э.полной конструктивной жесткости конструкции, определявши более жест-, .кими элвМиНТЕЛи, влияние, менее жестких элем^ятов относительно незначительно; 4 - принципа повышения жесткости и прочности элементеj созданием условий всестороннего-сжатия; 5 - методику проектирования конструкций,'состоящую из: а-ыетод!. шляриза-пионно-олтического моделирования; б-обработки полученных результатов методом а/Гшнного соответствия; в-экспериментального -определения прочностных и деформацион"ых свойств матер ала; г-лроведрчия инженерных расчётов конструкции; д-изготовления и испытания ubдельных образцов шатунов и чх элементов.
Указанная концепция позволяет проектировать шатуны ДВС и другие .'сложаонагруженные деталь, конструкции, изделия из кошю -surer, беспе Ftian при заданных услоьдях эксплуатации потребные гро госно-дефориацкопные параметры при значительном снижении маесг изделия п уяучченш эксплуатационных характеристик.
Реализация работу: Результаты эксперж.знтальнкх и теоретических работ были использованы для создания эле"ентов перспективного двигателя во ВНИШототюме и АЗЛК.
Апробгшля работы: Результаты работы докладывались на Московской международной конвенции по композитам "МІСС-90", 7 Всесоюзной конференции "Экспериментальные исследования инженер-' ннх сооружен_й "ЭИИС-ЭР*. научно-технических конференциях МАТИ, ЗЇЛ, МАМИ І988-І99І годов.
Публикации,; г шовные результаты исследований опубликованы
в 18 печатг-з работах. .
Структура и объем работы: Диссертация состоит из пяти глав,
основны-: результатов и выводов, списка литературы, вклвчатего'
26? наименований. Работа содержит 174 страницы текста, 7L рзґ-
сунков и фотографий, 14 таблиц. *
