Введение к работе
Актуальность проблемы
Сейчас получили широкое распространение композитные материалы. Одним из наиболее технологически удобных и часто используемых способов изготовления слоистых и волокнистых композитов является силовая намотка. Изделия, изготовленные методом намотки, используются во многих областях техники, например, в соленоидах, магнитных катушках международного токамака и т.д. Особенность таких изделий заключается в том, что материал и конструкция изготавливаются одновременно. При этом готовая катушка оказывается в напряженном состоянии уже в процессе изготовления. Технологические напряжения проявляют себя и как действующие напряжения в процессе изготовления, так и в качестве остаточных напряжений в готовых катушках. В обоих случаях они могут оказать сильное влияние на прочность и работоспособность конструкции. Определение этих напряжений является практически важной и актуальной проблемой.
На практике намотка часто ведется проводом, обладающим значительной изгибной жесткостью и имеющим сложную структуру. Для восстановления трехмерного напряженного состояния в проводе необходимо знать действующее на него растягивающее усилие и изгибающий момент. При этом даже малые напряжения, если они действуют в направлении малой жесткости, могут оказать значительное влияние на прочность и работоспособность конструкции, поэтому учет влияния изгибной жесткости и всех сопутствующих моментных эффектов необходим.
Цель работы заключается в описании процесса намотки провода с учетом изгибной жесткости и определении контактного давления и формы провода на свободном участке, а также напряженно-деформированного состояния катушки, обусловленного натяжением при намотке, с учетом изгибной жесткости и возникающих при этом моментных нагрузок на стадиях намотки, снятия с оправки и последующей релаксации напряжений.
Методы исследования.
Основу теоретического исследования диссертации составляют г ложения классической нелинейной теории упругих стержней, линейн двумерной моментнои теория упругости, а также теории с начальны: несовместными деформациями в упругой и вязкоупругой постановк; Для построения аналитических решений используются асимптотическ методы.
Научная новизна заключается в учете изгибной жесткости прово на всех стадиях изготовления катушки ( намотка, снятие с оправки, ] лаксация), а также в определении моментных нагрузок.
Практическая ценность.
Определено контактное давление витков в процессе намотки с у том изгибной жесткости провода. Получены формулы для вычислен горизонтальной реакции в скользящей опоре и предсказана форма nj вода на свободном участке, что имеет важное практическое значение р техники намотки.
Определено напряженно-деформированное состояние катушки, с условленное натяжением при намотке с учетом изгибной жесткости і матываемого волокна. Предложенные методики расчета силовых и v ментных напряжений могут быть использованы для описания поведен магнитных катушек и композитов, изготовленных методом намоті Возникающие в ходе дальнейшей переработки и эксплуатации напрял ния от температурных деформаций и магнитных сил будут накладыва' ся на уже определенное поле механических напряжений.
Учет моментных нагрузок в данной работе дает практически ва
ный пример применения моментнои теории упругости к задачам о t
мотке. ,
Рассмотрение процессов релаксации приводит к выводу о необ> димости проведения расчетов напряженно - деформированного состс ния тел, изготовленных методом намотки, поскольку после снятия оправки и релаксации сохраняются остаточные напряжения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были заслушаны на I Международной конференции "Научно - технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлоконструкций и методы их решения" ( Санкт-Петербург, 28 - 30 нояб. 1995).
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 152 страницы, список литературы состоит из 98 наименований.