Введение к работе
Актуальность работы. Одной из серьезных проблем л машиностроении является гашение (демпфирование) динамических, ударна нагрузок. Известно, что для этих целей конструируются и уготавливаются различные демпфирующие устройства: амортизато-эы, конструкции из различных материалов. Материаюведческое зешение проблем амортизации в машиностроении представляется Іаиболее простым в реализации и более универсальным в возмол-юстях. Требования к демпфирующим материалам многообразны, но t числу основных можно отнести следующие: они должны быть настолько прочными, чтобы сопротивляться ударам, в них должны 5ыть предусмотрены механизмы диссипации (поглощения) этих наг-эуэок, и они должны как можно дольше не уставать от этих уда-хэв.
Решение поставленной задачи предусматривает либо использование композитов, состоящих из носителей характерных звойств: прочности, пластичности (вязкости) и компромисной зязко-упругости: керамика, сталь, полимеры, резина и т.д., ли-5о использование известных материалов в многослойной защите, зочетая конструктивные особенности и физико-механические свойства слоев. Однако практическая реализация указанных нап-завлении в сильной степени сдерживается сложной технологией и цороговиапой производства.
Такім образом встает проблема создания конструкции, в которой оптимально сочетались бы достоинства конструктивных решений и преимущества "овых материалов с тем, чтобы максимально эблегчнть, упростить и удешевить демпфирующее ударные нагрузки устройство.
Названная проблема мажет быть решена за счет использования новых аффектов, с помощью которых возможно эффективное га-зение ударной нагрузки 8а счет легкодоступного и дешевого сырья. Таким эффектом может стать дилатансия - явление изменения объема материала при его деформировании. Зтот эффект позволяет во-первых, делокализовать точечное приложение нагрузки на возможно большую площадь с последующим распространением ее на весь объем конструкции и , во-вторых, совместить в единой конструкции функционирование всех основных механизмов диссипа-
щш и преобразования механической энергии.
Полного анализа механизмов диссипационных процессов, происходящих при скоростном внедрении в такой материал не известно. Необходимость такого анализа диктуется прежде всего требованием устранения основного недостатка, свойственного существующим защитным конструкциям - их большого веса и объема. Облегчение конструкции сделает практически приемлемым использование таких материалов и реализации их главных преимуществ: простоты изготовления и доступности материала, вноской наде»-косїіі и универсальности. Таким ооразом, становится очевидної задача оптимизации по основным фиэико-механическим и геометри-чесским параметрам такой дисперсной системы путем анализа механизмов диссипации с последующим разумным их исподьвованиеі при разработке.
Совокупность рассмотренных выше положении определяет теоретическую и практическую актуальность диссертационной работы, направленную нь разработку полимерных композиционных материалов с высокой демпфирующей способностью с использованием эффекта дилатантного деформирования.
Связь диссертационной работы с планами отраслей науки і народного хозяйства. Работа выполнена в соответствии с ннова-ционной научно-технической программой Госкомобразования "Энер-го- и ресурсосберегающие технологии, повышение конструкторо-ко-технологических показателей и качества промышленной продук-ции народного хозяйства Российской Федерации " (ЭНКП - 2000).
Цель и основные задачи исследования. Цель диссертационно»'' работы состояла в разработке демпфирующих ксмпзицшшых изтсрн-алов (КМ) и конструкций на их основе о учетом проявления в них эффекта дшатансии. Для достижения поставленной цели реиались следующие задач)!:
разработка математической модели деформирования дилатанткой системы, позволяющей оценить роль физико-механических, структурно-геометрических параметров наполнителя и вязкости матрицы, а также изучить общую картину разрушения структуры иате-риала при ударе,
разработка установки для динамических испытании КМ,
выявление условий развития дилатантного процесса к составляющих демпфирующего эффекта дилатактных КМ.
Научная новизна. На основе метода частиц разработана ма-ематическая модель динамического деформирования дилатантных М при действии ударных нагрузок, реализованная в виде прог-аммы для расчетов на ЭВМ. В результате проведения комллексно-о исследования, включающего результати "машинного" экспери-ента и хороио согласующиеся с ними данные лабораторных экспе-т.іентов, изучены механизма демпфирования ударной нагрузки и пределены главные составляющие демпфирующего эффекта в дила-антных КМ. Установлены зависимости аффекта демпфирования от войств композиционных материалов: дисперсности, структуры асположения наполнителя в матрице, физико-механических и гео-етрических свойств наполнителя и матрицы.
Практическая ценность. Предложен более деиевый способ азработки КМ. Определены свойства компонентов КМ, позволяющие егулировать их демпфирующую способность. Разработана ориги-альная установка для квазистатнческих испытаний КМ, позволяю-ая определить демпфирующую пообность КМ по величине импульса, оглащаемого материалом за цикл нагружение - разгрузка. Разра-отаиы демпфирущю материалы и рассмотрена возможность их афективного использования з олоистііх защитных преградах.
Апробация рвботы. Основные теоретические положения и ре-ультаты диссертационной работы были доложены и получили поло-ительн.о оценку на:
Международной научно-технической конференции "Методы и рздства оцєїнїи и повышения надежности приборов, устройств и зклсм" в г. Пензо, в 1982 г.
Выставке научно-тохшгческлг. доотісений ї/.осіїсвского института риборострошнгя n 1992 г., 1Q33 г. Научных семшісрзх кафедру "Физико-химического материаловеде-пя" в Московском институте приборостроения в 1991, .92,.93г.г. Научном семзшаре кафедры- "Математического моделирования в кономике и технике" в Московском институте приборостроения в 993 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований опуб-иковано V печатных работ.
Объем работы. Диссертации изложена на 153 страницах масш-описного текста; состоит из введения, пяти глав, общего зак-ючения, выводов и списка литературы, включающего 134 наимено-ания, содержит 9 таблиц, 37 рисунков.
Выкосятся на защиту:
Методический подход при разработке демпфирующих КМ, заключающийся в комплексном исследовании математической модели и физических свойств КМ.
Обнаруженный механизм дилатантного упрочнения КМ и роль составляющих этого процесса на эффект демпфирования нагрузки.
Закономерности диссипации ударной нагрузки в КМ от свойств компонентов материала.
