Введение к работе
Актуальность темы. Объем использования полимерных композиционных материалов (ПКМ) в.пластинах и оболочках, применяемых в различных отраслях техники, за последнее десятилетие непрерывно возрастает. Успешное использование ПКМ в качестве конструкционных материалов возможно лишь при надлежащем учете отличия этих материалов от традиционных. Существенная особенность ПКМ состоит в том, что они создаются одновременно с изготовлением конструкций и ато приводит к усилению роли технологических факторов в обеспечении их работоспособности.
При разработке новых ПКМ и техпологических режимов изготовления конструкций во мяогич случаях необходимо учитывать технологические температурные напряжения (ТТН) и деформации, возникающие на стадии изготовления. ТТН могут вызывать расслоения в толстостенных оболочках при термообработке или приводить к заметному короблению в плоских пластинах с несимметричной относительно срединной поверхности структурой армирования.
Для выяснения причин возникновения ТТН и разработки способов их снижения в толстостенных изделиях с большими абсолютными толщинами необходимо учитывать характер распределения температуры по толщине изделия, зависимость физико-механических и теплофизических свойств ПКМ от температуры.
Необходимость исключения коробления тонкостенных ПКМ в процессе изготовления является одной из важнейших практических задач при изготовлешаї аэродинамических конструкций судов на воздушной подушке, экранопланов; в процессе монтажа ьлементов на печатные платы и т.д.
Пель паботы: -
- теоретическое изучение температурных полей и ТТН в толстостенных цилиндрах из ПКМ с большими абсолютными толщи-
нами с целью поиска путей снижения опасных радиальных растягивающих напряжений;
расчетное определение конфигурации пластин, изготовленных на основе тканых полимерных композиционных материалов, и развивающихся в них остаточных напряжений после окончания процесса термообработки. Исследование остаточных напряжений в пластинах из гибридных ПКМ со средним слоем из легковесного .іаполнителя;
экспериментальные исследования кривизны и остаточных напряжений, развивающихся в пластинах с произвольной структурой армирования, в том числе гибридных, после окончания пропесса термооораЬ'/гки и сопоставление их с прогнозируемыми величинами;
определение физико-механических и теплофизических характеристик стеклопластиков горячего прессования на основе стеклотканей Т-53(ВМ)-78 и Т-10-80 с пелью сопоставления расчетных и экспериментальных данных по короблению.
Научная новизна работы:
1. Показано, что максимальные радиальные растягивающие напряжения, возникающие при охлаждении толстостенных цилиндров с большими абсолютными размерами (радиусами и толщинами), изменяются немонотонно, достигая максимума не в конце, а в процессе охлаждения. Немонотонный характер изменения ТТН обусловлен, главным образом, неоднородностью температурного поля, которую вызывают большие абсолютные размеры цилиндра. Рассмотрены пути снижения опасных растягивающих напряжений: создание начального неоднородного поля температур по толщине цилиндра; свшкение температуры стеклования связующего; применение оправки с низким коэффициентом теплопроводности.
J 2. Показано, что модель мгновенного стеклования может быть применена для расчетного определения величины остаточных напряжений в случае неоднородного распределения температурного
поля па тождіше толстостенных цилиндров. '---.' '
3. Определены конфигурация и остаточные напряжения, разви
вающиеся в пластинах на основе тканых армирующих наполшгге-
лей после окончания процесса термообработки. Исследовано пове
дение пластик из гибридных ПКМГ наружные слои которых вьшол-
нены на основе тканых наполнителей, внутренние - из легковесного заполнителя — стеклосферопластика. Проведено сопоставление расчетных и экспериментально полученных данных.
4. Показано, что конфигурация, которую приобретают после
окончания процесса термообработки несимметричные относитель
но срединной поверхности ортогонально армированные пластины
на основе тканых армирующих наполнителей, определяется разме
рами пластины.
Практическая ценность:
- результаты теоретического исследования температурных на
пряжений в толстостенных цилиндрах с большими абсолютными
толщинами могут быть использованы для оценки монолитности ци-
; линдрическнх изделий и выработки рациональных режимов тер-. мообработки с-целью снижения величины остаточных напряжений. Результаты исследований ТТН использованы при разработке РЛ 5.УЕИА.2760-89 "Расчет начальных технологических напряжений в толстостенных оболочках из ГІКМ с помощью ЭВМ. Методические указания."
- метод расчетного определения коробления и остаточных на
пряжений, возникающих в пластияах корпусных конструкций из
ПКМ, работающих в условиях аэродинамического или гидроди-
намического потока, позволяет выбирать структуру армирования
с рациональной анизотропией или ввести исходное отклонение по
', форме поверхности формующей оснастки. '";-!> Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались па; Всесоюзной научно -. ; технической конференции "Проблемы прочности и снижения ме-
таллоемкости корпусных конструкций перспективных транспорт-пых судов и плавучих сооружений'' (Ленинград, 1990г.); конференции "Проблемы прочности и технологии изготовления конструкций из композитных материалов" (г.Севастополь, 1990г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Композиционные материалы в конструкциях глубоководных технических средств" (г.Николаев, 1991г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Полимер-"'- ные материалы и технологические процессы изготовления изделий из них" (Москва, 1991г.); научно-техническом семинаре "Механика и технология полимерных и композиционных материалов и конструкций" (г. Вологда, 1992г.); Всероссийской научно-технической конференции "Прочность и живучесть конструкций" (г.Вологда, 1993г.); 4 tk European East-West Conference & Exhibition on Materials and Process (С-Петербург, 1993г.); на семинарах "Механика и технология полимерных и композиционных материалов и конструкций" НТО судостроителей им. акад. А.Н.Крылова . (С-Петербург, 1994-1996ГГ.).
: Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ. Структура к ооьем диссертационной работы. Диссертационная работа изложена ва 177 страаицах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 181 наименования и приложение.
