Введение к работе
Актуальность проблемы. Для большинства сельскохозяйственны:' іаиіин прослема улучшения динамических качеств, увеличения несущи іпоссбностл при одновременном уменьшения их массы все еще остается іктуальной. Одним из элективных путей решения .>тсй проблемы являйся использование закономерностей строения биосистем при конструйований сельскохозяйственных машин. Это і.овое направление з раз-іитии методов проектирования сельскохозяйственных машин позволяет .недрить з инженерную практику выработанные природой на протяжении дптельной эволюции принципы строения растений, наилучшим образом риспссобленних к различным механическим воздействия}.1! внешней среды. Цель работы. Повышение динамических качеств сельскохозяйствен-ых малин, уменьшение их металлоемкости, создание предпосылок для точнения параметров рабочих органов при конструировании машин утем использования закономерностей строения стеблей некоторых равянпстых растений.
Задачи исследования. Изучение архитектоники стеблей растении, пределение механических показателей стеблей и их тканей. Еылзле-ие- характера воздействия механических нагрузок внешней среды на троение растений. Формулирование принципов в строении стеблей астений, подлежащих использованию при разработке несущих конструкції сельскохозяйственных машин. Разработка методики моделирования астителышх объектов, проектирование и изготовление их физических оделей. Заполнение экспериментальных и теоретических исследований оделей. Рекомендации по использованию некоторых принципов строе-ля биосистем при конструировании сельскохозяйственных машин.
Методы исследований. Экспериментальные исследования проводивсь в лабораторных и полевых условиях с применением метода плани-эвания многофакторного эксперимента.
При изучении архитектоники стеблей растений применялись ака-:мо-морфологические методы. Методологической основой для этих їслег.-.ваний служила концепция взаимосвязи внутренней я внешней фуктуры со средой существования. В процессе определения механи-їских свойстз тканей стеблей по ГОСТ 25601-80 использовались и которые методы, применяемые в микрохирургии. Тургорнсе давление еток определялось принципиально новым методом. При определении рактера воздействия ветра, атмосферных осадков и других факторов
на растение использовались иетоды исследования, разработанные СКВ Ленинградского агрофизического НИИ. Для перехода о? сиосіїстем к несущим конструкциям использовался репродуктивный струі:турно-с;іс-темный метод мсделироваЕЕЯ. При проведении исследований ПСПОЛЬЗС-вались тензометр'^розанне, методы кино- и фотореглетрацки- процессов, микрофотосъемка, ЭШ - spa теоретических расчетах и обработке результатов эксперимента.
Б теоретических исследованием применялись взриапкошгке метод;.' механики, е частности, методу Лагранга-Ритца и Бубнова-Ралеркта. Прк составлен'/»' ді^ференгвіалвЕих уравнении, описнЕавдізс раосту слоистых элементов пряменляаеь теория составных стержней А.А.Рханг-цнна, а при кх ретеннк - іїєтод Фурье. При рзшзніш задач кручення пркзматнчесик стергіїей использован пркнгпл Сек-Венана отисектельн статической эквивалентности натрусок.
На.учкат нов-.тзнп. Заключается в еоадашш нового направленій: совершенствования конструкций сельскохозяйственных каї^ш путем использования пришутлов строєнім оиэаистем. Разработана методика исследования езхіїтєктолеке растений. Установлен характер ыеханнчег кпх нагрузок внешней среда на стебли изучаемых растенкії, Изучено влияние ветра ка формообразование стеблей. Исследована архіїтекхо-йзе стеблей некоторых тгааянігсті^: рзстенні'. Олределевы .механические показатели стеблей з кх тканей. Рлявлено явление предвар:!тедьн крутЕльно-напрякеняого состоянея у стеблеіі рогоза к табаїса. Экепе-э;з,:ентально определены езлечіпш предварительных капрлае-ний растяжения и кручення, т.е. тургопнне давленій:. Вілвлєн и изучен механизм демпфирования кзгизннг кояеоакпк стеблей. Проведено ;«іодєлхро-вание растихелънш: объектов. Ha основании теоретических и сксперк-ызнтальнкх ксследовангй ползала целесообразность г-ркчбнніїЕя несу-пкх элементов с фор:.:а-ї! поперечках сечении стеблей растений. Разрь сотана рекомендации по деглпфігровакЕЗ колебаний двухслойных олеыек-тов с упруговязкпу евкзквашиь: катериалои. Проведено'теоретическое к экспериментальное изучение їшпрлхекко-деформпрованнсго.состслнгл иесуакс элементов с переменном модулам упругости по длине. Исследована эффективность есяольэсвалил этих элементов при дкнамкческсм воздействии нагрузки. '
Практическая иеу.нсств. Использование бионические принципов лрк создании несудаг конструкции позволяет погасить динамические качества кзекк, уменьшить кп иатерхалсеккость. Так, при пепольио-
ний несущих элементов с заданным изменением модуля упругости по авкэния с элементом такого зв сечения с постоянным модулам ;екьшаятся динамические напряжения и улучиагстся демпфирующие ка-стаа. При применении с.юистых элементов с улруговязклмл MaTOfH-;si?:. г.'.глу ілсс/'-і уменьшается декремент колебанлй.Дэкремеят хо-баний д нэсусая способность элементов с предлагаемыми поперечен сечениями (долуэллипс, астроида а др.) значительно древшаэт ловка для элементов с распространенными сечениями в видо круга квадрата.
гозультаты исследований по архитектонике стеблей изучаемых .стенай а дх физико-технологические свойства дозволяет уточнять .раметры рабочих органов малин, создают предпосылки'для сэлекппя ртоз культур более устойчизых к механическим воздействиям внез-Й среди л пригодных к машинной уборка..
Реализация результатов работы. Теоретико-экспериментальные тврпалы по физякотехнолегическям свойствам табачных растений и :зультаты исследований по архитектонике стеблей а листьев табака лсльзованы МолдаЕсигал научно-исследовательским и конструктерско-оснологическим міститутсм. табака я табачных изделий при трсекти-їлании рабочих органов машин для уборки а послеуборочной сбработ-: табака.
Результаты исследований стеблей травянистых растений как ком-ізшщоннкх материалов приняты для использования институтом глэтал-ргия имени А.А.Бсйкова яри создании нових армированных слоистых сериалов.
Имеются аолсглітельниа отзывы и предложения о внедрении до ре-льтатам государственных испытаний з Армянской МИС относительно менепия формы поперечных свчений стоек рыхлителя РН-4СБ,плуга-;хлатвля ПРЕ2Л—3.
По проекту головного проектко-эксперимеатального конструктор— :о-технологического института начато строительство высотного со-у-впия, поперечное сечение ядра жесткости которого предлояено .ми. в форме сечения листа рогоза, позволяющего трансформировать из .баюзяй момент от давления ветра в крутящий с одновременным дем-нрованаем как яэгибагаих, так и крутильных колебаний. Результа-работы используются в учебном процессе на кафедрах "Сельско-зяйстаеиные и мелиоративные машины" и "Ботаника" Армянского льсксхсзяйственного института.
Основные положения, выносимые на защиту. Развитие науки об архитектонике травянистых растений. Физико-технологические свойства тканей растений. Принципы строения стеблей растений, предлап ємне для использования при конструировании несущих элементов малин Моделирование строения биологических объектов. Эффективность использования форм сечения стеблей б элементах несущих конструкции. Демпфирование слоистых элементов несусих конструкций ВСЛГ-ДОТВИС деформации сдвига вязкоупругих материалов, расположении::: мегяу слаями. Эффективность применения несущих эдемзктоь постоянного сечения с переменным модулем упругости по длине.
Апробация рапоты. Диссертационная работа заслушана и обсуждена на соъединенном заседании кафедр "Сельскохозяйственные машины", "Сопротивление материалов" к "Ботаника" Армянского сельскохозяйственного института. Материалы диссертации докладывались автором на ежегодных научных конференциях АрмСХИ с 1971 по 1991 г: на Кіездународннх конференциях "Биокибернетика" в 1986, 1988 и 19Э2 гг., на научных конференциях ЕЮ "Армсельхозмеханизация", на совещаниях и конференциях лаборатории бионики ЩПКГГИА в течение 1972-1390 гг., на научной конференции ЕрШ в 1992 г., на заседаниях ученого совета Политехнического института Г.Братиславы и лаборатории бионики Правзкого сельскохозяйственного института в I98S г. {ЧСФР).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 29 научных работах. &дано авторское свидетельство на изобретение и положительное решение ВШКГПЭ на выдачу авторского свидетельства.
Структура я объем диссертации. Диссертация содержит 307 ctj машинописного текста, 177 " рисунков и фото, 25 таблиц, список литературы из 232 _ наименований к приложения с некоторыми экспериментальными и иллюстрированными материалами. Приложения включает документа, подтверздаякке внедрение и использование полученных научных результатов.
Работа состоит из введения, шести глав, заключения в виде выводов и.рекомендаций.
Нес?лотря на различную функциональную ориентацию в природе к технике встречаются подобные несущие структуры. Природные несушке структуры развивались благодаря естественному отбору в ходе тесного взаимодействия с окрусатщеп средой к по своїм показателям
многих случаях превосходят технические решения, что является ісванием для использования принципа их построения при создании знх несущи: конструкт: ft.
Такой подход давно уг.е напел применение в архитектурном п :снте-'ьаом конструировании. При этом только заимствование при-циїх геометрических :1орм позволяет снизить массу "бисконструкциіі" ЗС-403. Очевидно, что более полное использование особенностей ісенкя бпеенстем з несущих конструкциях приведет к 'дальнейшему іч;;тельному увеличению экономического эффекта. Помимо уменьшения :ериалсэмкости будет достигнуто улучшение динамических показате-t несуших конструкций і повышение их способности к демпфированию іряданием конструкциям качеств, присущих природным объектам.
Исследования, посвященные использованию принципов строения ітекіїй при конструировании мааин весьма малочисленны. 3 этой гза совершенствование несущих конструкций мобильных сельскохозяй-'.енных масглн на основании результатов бионических исследований :яегся новым перспективнім направлением.
3 первой главе - "Архитектоника стеблей некоторых травянистых тений" приводится обоснование выбора природных объектов иесде-аиия. Это'стержневые несуцие конструкции'растительного мира -блн некоторих травянистых растений (кукуруза, сорго, подселнеч-, тростник, камня озерний, рогоз, табак, пзенкца, тритикале, опля а лепух). Последние, благодаря анатсмо-морфолопгческнм беннсстям строения, успешно сопротивляются ме:;ан;гческим нагруз-внешеіі среды - ветру, атмосферным осадкам, воздействию сили. ести и др. Приводится краткий обзор литературы по архитектонике гений применительно к механизации уборочных работ к созданию іх пркродообразных конструкций.
Разработана методика изучен::*: архитектоники растений, обеспе-і-зцая: выполнение анатсмо-морф .-логических исследований, опреде-іе скорости ветра по высоте стеблестоя, определение показателей ґ'хания свободных колебаниіі стеблей. Для каэдого растения в отгости выявлены строительно-механические принципы строения, 5лавливающие его прочность и устойчивость. Факторы, влияющие на строение стебля, весьма многообразны по своей природе (биологические, почвенно-клкматические, мете-югпческие и др.), так и по характеру, времени и силе воздей-:я. Рассматривая стебель растения в целом как конструкцию, сле-1 подчеркнуть, что его отдельные органы прежде всего предаазна
іе!ш для зіто.гнения опредаденн&х оизлоггчвсккх е физиологических туахакк, явлюсь целасоосраЕКо сксаструкроЕанншк е по чисто u;qxe ііія:сскіл/і признаку.;. Наеа задача ограничивается изучение; і архктеш никк стебля, его строі:їельно--це;-:анїгческой структуры, ссрсри'лрован-;-;m: ;:сд воздействие:.? чисто йа^аньческкх нагрузок -зэгра, зть-.огх-ог идк. осадков, града» собственней ,«:ассы.
Иг; '.єрєчкелзннк;' кагру?ОЕ по своей зкалпі'остй кдаллястсг. ж-тер, Экспериментальные пута/ устаногде:: характер раопледсланпл спорості: BL-rpa по к.«сотс стеблестоя разлшпіах культур ,і ::е з^лу::; аил арі: прсг.с;іхешп* т;ерсз поле. Поскольку давление ьетра кізавго". -,-.3^::0 стеоля. то еотестьеы-.о Предположит.-. „ что оснзї:.-::;;.. фаворе;.-., лпрглслялглл:.: гзо^ітрітчесіаш размеры етєоля, яглаотод величина к;~ гпоа;лдсго ікогламта от астровой нагрузки, действующего а лекзречнкї сєчеиіілх стеслл. Установлено, что стислі: рогоза, ісамніса озерного пр-адзіаадяат собої. балку раьвого сог;ротк2леп;:а г.од боздзГ.ствпс:.' а-зтрсизі; нагрузки. 'іакгЕаескоі и теорії ігчесіса оп-лсанксг; очєртан.а гт^олеї* йтіп: рзстенісіі доотатгчке аслошо внлеьааїотея дгуг е друїа.
Уііясдєкь законемзрноета располаазнас узлоз на стеблях пас-ніа :; ірягшійле, у ксторыл соагнопс-і'іЯ келду дл;ша\;Е отдельна';: кекдо-уздкї*. обусловлена ъглдчпаак!: изгабахетсс «оментол о? давлена: гзті: дзіїствутегс на данна!: участок стебля.. Гастопслсаекая узлоа на стебло почті: точно соагватствуа-т ц;:2гггаа тяаозта равкогадикіа: ллсічадеї, сп?оріі изгабаюаад ко-иентоз ст давленії?: ьетра, число като-; ах равно числу іилдоузлай. саксяскернзать аи расположения узлоь на стеблях тростника, кукурузы г сорго обусловлена гсоохедутостк-; наличкя педктлнзнл участкоз на стебле, полалакша: еі'о дігнаг/і-їчоо-кие качества н прЁДокрапя.агдд ст аслеанк при Осль'ліє: дааленіаз; ьетра.
Іарактео изменения длани иездоузлкй в зазисіаізста ст знешиа; дагпузкЕ дает основание полагать f что узлы на стебле гараа? роль ісслєц 2SCTKCCTK. Это било подтверждено огсепергаиктадьис с помозаа кпкосаєглкн поперечник колзбанкй стеблей пр;: воздействии сьтрозой нагрузки ь зстествзнньк услозакх, к прлбора, поздедяэдего клнтирс вать г лабораторних услоггях ветровую нагрузку при лабоЬ везмогак форме ее профаля.
Опыты на стой приборе со стеблами различных культур показал: что деформированная ось стебля secj^a близко влкешзается в т:оре-т;тчесі:уо кривуо ксогяуі-cf. "оси глкоольной баліш разного соппоткал. няя. Віядленс, что узлн стасдей лаляэтел кхле б:; дсд;Е^>сра^^ юн
нсиых колебаниях.
З этой глазе большее место занимают результаты исследований лннческих сбойстз отделышх тісаней стеблей изучаемых растепли, :аоллх"л;гс качественно и количественно установить характер д-э-.чр-ага з зоне резания я, следовательно, найти более рациональные тозия при резании лезвием.
ІСак показали результати исследований, механические показатели і оастяаении отдельных тканей и частей растений тянет вариацию тределах 12—17%. У одних и тех же тісаней испытываемых растений санические показатели значительно отличаются.
Архитектоника стеблей и листьев растений в значительной мере /словлена изменением механических свойств их тканей или частей длине, что придает жесткость или гибкость той или иной части зтения, необходимую для их существования.
На примере стеблей и листьев растений, обладающих хорошими іамическими качествами, выявлена целесообразность применения в -іструкциях сельскохозяйственных машин несущих элементов с псстс-шм поперечшал сечением и переменным модулем упругости.
Определены соотношения механических показателей отдельных тка-А стеблей изучаемых растений, обеспечивающие "совместность работы" л их деформации. Найденные соотношения предлагаются для ксполь-вания при проектировании конструкций из армированных кемпезпци-«ых материалов.
Изучение архитектоники стеблей растений позволило арормулиро-гь ряд принципов, использование которых в несущих конструкциях лин представляет интерес. Из всего комплекса выявленных принцк-з "конструирования'"' стеблей изучаемых растений выделены:
-
Тектоника различных ферм сечений стеблей. Так, стебли раз-чных растений имеют разнообразные формы сечений, близкие астро-е, лолуэллипсу и др., которые, следует полагать, более всего аспссоблены к механически:.! воздействиям внешней среды з -.-.лапе еспеченил их жесткости и динамических качеств,
-
Демпфирующая способность стеблей при изгчбных колебаниях, тсрач исследована при свободных колебаниях стеблей в лабора/ор-х и полевых условиях. Гашение колебаний стебля имеет месте ледстзие деформации едгига между отделън-:ми еме.тлымн сложи г/л-й стебля, в частности, ме:*ду листовыми ^лагалнгг-ми п стебле'/.. стзбля рогоза сдвигающиеся поверхности связаны ыезду собой довс-но ЗЯЗК12Л растительным кле.:м, сбеспечкзакцпм .некоторое взаимно--.-
является мезду стеблей к
перемещение относительно друг друга. Деформация сдвига в слое клея является осиозкым фактором, способствующим быстрому затуханию колебаний стебля. Указанный слой глея играет роль демпфирующего материала. Бкли кспытелы целые отвбли рогоза с лиотоаы.*.:;: влагалищами к без них. В последнем случае логарифмический декремент колебаний оказался в 3,0-3,5 раза менъиы. Аналогичная картина наблюдалась при испытание стебля тростника с листовым влагалищах? .и без „его. Эффект затухання колабалій деформацией сдвига особенно про-
csepHoro и схватцвакхЕи лишь csiUii-i
нжнійі его участок листокэл влагалищем. Об этом kgshc; судить го
разрыву ка графике І (рпс.І), опкзквакш»; изменение декремента if
длине стебля;
ел/***
OSes
^, л
Рпс.1. ~,:а\?ененке логарифмического декремента кслеоааш! л
;!}
зучаемнх растен:
і - каша сзерннй; - 2 - подсолнечник; 3 - тростйвкг 4 - табак; 5 » рогоз
3. Динамические качества стеблей. Определенное изменение сесткостн стебля по длина оз счет езмзиенкя модуля упругости п момента Енераші сечецнй значительно улуч'ласт его динамически?
сачества, предохраняя растение, от, поломки при болылпх давленное ветра.
Кроме описанных, на. m были сформулированы и другие принісши з строении стсоде.:. моделирование которых намочено а далънеиг-~л эаботг. Эт - относится, во-первых, :. внутренней структура стеолеі., изучение которой позводило установить:
- принцип ссгмест!.',:і работы структурных компонентов, обеспечива-э;'г,!а высокую надежность функционирования;
Совместная работа деформации смежных тканей заклота-этед з равенстве величин их относительных деформаций, т.а. з определенном отношении предела прочности на разрыв к мс,';улк> упругости.
Заслуживает внимания "техника" перехода от одной ткана к другой, не имеющая аналогов л слоистых конструкциях.
Коэффициент "армирования" полностью оформившихся стеблей изучаемых растений (отношение площади под механической тканью к площади поперечного сечения стебля) колеблется з пределах II, I-Z6.TS. ЇІанменьиші величина коэффициента у стеблей кякнпа озерного, наибольшая - у тростника.
Целесообразность использования в композиционных армированных элементах вышеуказанных принципов внутреннего строения стеблей очевидна.
Перспективным направлением уменьшения металлоемкости конструкции является применение принципа, касающегося всех уровней структурной организации и названного "сопротивляемостью по форме". Классическим призером использ'-ч-аиия этого принципа можно считать гофрирование. Гсфрированность стеблей и отдельных тханс-й является характерным признаксм строєнім растительного объекта.
Как показали наши исследования, наличие гофра у стеблей повивает их ;:-:есткссть к изгибу, а такке способность к гашению колебаний. Помимо указанного, гофрировяннссть у смежных тканей стеоля способствует "совместности работу" при их деформации.
Очертание гофров, используемых в элементах конструкции, в большинстве случаев не являются рациональными с точіш зрения
^2
устойчивости оболочки. Для равенства критических напряжений оболоч ки в целом и.отдельного гофра, т.е. для одинаковой общей и местной устойчивости необходимо, чтобы гофр был составлен из полукругов, что v наблюдается б природе.
Широкое применение принципа гофрирования в .несущих конструкциях сельскохозяйственных машин позволит значительно уменьшить их металлоемкость.
Помимо демпфирования колебанки стеблей путем сдвиговой деформации смзяных тканей, нами был выявлен процесс гашения колебаний за счет внутреннего трения в ршілкх паренхимных ткани: стебля камыша озерного, подсолнечника и др., а также за счет разницы моментов инерции масс колоса (початій) и самого стебля у пшеницы, рсгоза, сорго взникоеого и др.
Если наличие предварительно напряженно-растянутого состояния у большинства стеблей в состоянии тургора явление известное, то наличие предварительного напряжения кручения впервые раскрыто наїли у стеблей табака п porosa. Определение величин этих напряжений, т.е. тургорного давления, представляет практический интерес.
В настоящее время методика прямого определения тургорного давления недостаточно разработана и применима лишь к крупноклаточ-ным тканям. Благодаря разработанный нами методикам, косвенным путем определены Езаіенєнгя валгчпк тургсряого давления по длине стеблей камыша озерного,"табака, рогоза, знание чего необходимо при проектировании уборочных кашин для этих культур и создании природообразных конструкций. .
Устойчивость стебля камыша озерного обеспечивается водонасы-щенным слоем хлоренхнмк, находящейся под относительно высоким тур-горним давлением и представляющей собой кольцевую оболочку, ограниченную с внешней отороны предварительно наполненной растянутой эпидермой.
Изменения тургорного и.осмотического давления по высоте стебля камыша озерного к величин разрусахстх и предварительных, т.е. тургорных касательных кадрягекий кручения по длине стеблей табака двух сортов и рогоза приводятся на рис.2 и 3.
Сопоставление зелгчзш предварительных касатедыаас и разрушавших напряжений показывает, что предварительное крутильное напряге ние играет большую роль б обеспечении прочности растения. 'г:л, пре дел прочности стебля у табака сорта "Трапезоэд-54" на 7Ці сеуслов-лек наличием предварительного крутильного напряжения.
Рис.2. Изменения тургорного и осмотического давления г и "IT по высоте стебля камыша озерного
О 500 І00О 15DQ ,мгі
?ис.З. Изменение величин разруаатаих (с индексом р* ) л предварительных (с индексом ЧП" ) касательных напряжений Ь по длине стеблей J. изучаемых культур I - "Самсук-Зб"; 2 - "Традезснд-54"; 3 - рогоз
Экспериментально показано, что предварительное закручивание различных элементов позволяет значительно повысить их устойчивость к продольно-поперечным нагрузкам, что представляет -большой pauses для. повышения несущей способности различных інженерних конструкций - ферм, колонн, стоек и др. Для решения бионических задач к создания предпосылок для разработки нових конструктивных ехал рабочих органов регущкх аппаратов уборочных маакн теоретическим путем была определена валичкка критической нагрузки, приводящей к сплющиванию поперечного сечения стебля, т.е. потере местной устойчивости.
Моделирования растительных ооъектов посвящена вторая глаля-"Метсдлка перехода от бкодсгпческЕх объектов к нссугдоя конструкциям". Необходимость моделирования возникает не только прк создании новых пркродообразкыя конструкции, но и н процессе изучения взаимодействия растений с рабочими органами селъск.охсзяГ.стззцных машин.
По вопросу моделирования слоя растительной пасса имеется достаточно много работ, однако моделирование одиночного стебля
ИЗУЧеНО :.:іЛО.
Бкоиическ&з ксследовакая выполнялись в три этапа. Г:ергл*1 зтап представлял собоэ изучения растительного объекта, его архитектоника, способствующей обнаругеккз феномена. Второй этап - разработка математической или физической ыоделп принципов организации изученных процессов и ее особенностей. Третий этап характеризовался инженерным проектирование, їтзгоїовлеігасм опытного образца.
Для поставленных задач іаодалцрованкя растительных объектов пвиыенялась в основном фігкесіоіз модели, которые дкзг наиболее
олное япедставленис о закономерностях строения несущих природных :окс?рукций.
Лспользовался а основном репродуктивный метод моделирования етсд аналогов, позвсдяглкй подучить ксвые типы конструктивных
-"ГіеНїОБ.
3 процессе моделирование стеблей растений руководствовались ледуюіплми принципами:
упрощений - абстрагирование от понятии ''материал", "размер", асзтаб" и выделение определенных структурных -лсмектсв. имеющих іудественнсе значение;
взаимосвязи внешней и внутренне:! структури со средой аущестзо-;аняя (структурно-системное моделирование);
симметрии - каждому типу взаимосвязи для простейших элементов юответстзует элемент симметрии;
эффективной модели - исследование на модели определенных, оара-ее намеченных ео время эмпирического наблюдения, существующих інолсгяческих объектов каких-то определенных свойств;
системности и обратной связи между элементами и целым - проник-:0зенке воздействия от структурных подуровней к целостной струк-уре (или наоборот).
На основании изложенного спроектированы и изготовлены аизкчес-:не модели, обладание определенными принципами строения и евс:!-:-тзами« представляющими интерес для исследования.
Б третьей главе - "Теоретические и экспериментальные исследования несущих элементов с сечениями, подобными таковым у стеблей астении" - на основании изучения тектоники различных форм сечении .тейлей рассмотрены следующие типи сечений, представленные на 'ис.4. Круглые и квадратные сечения рассматриваются для сравнения.
Характерные размеры поперечных сечений элементов выса~.ены ерез радиус круга. Величины моментов инерции рассматриваемых сг>-ений указаны з процентах относительно мемента инерции круга.
Отношение радиусов полуэллипса составляет 1),527, при кодером .остигается одинаковая геометрическая :честкость сєчєіпїя по псом аправлекиям (получено авторское свидетельство на изобретение).
При отношении радиусов сечения круглого элемента с продольны-
\-л пазами или зубами, равном ftj,/^-0,9 имеем ft = 1,051 ;
\= 0,946Ъ. !
Для консольного элемента с указанными формами поперечных се-Іеннй при условии равенства их плоиіадеіі получены выражения каса-
РИС.*.. ФорМЇІ ПОПОрОЧІІіСЇ СОЧЄНИІІ ЕЗУЧеШііаг 0Л2МСІІТ0В
тельккх и нормальных напряхзішй для характерных точек сєчєїііїіі.
Счисление касательных нзврягениіі для сечений треугольника, полуоллішса, астроют е круга о продольными пазами проводилось по известный методам. Для определения же напряжений в характерних точках заезд из-за отсутствия работ б этом направленим было проведено специальное исследование. Решена задача кручення призматического СТерЖНЯ, СечеШіе КСПрСГО СріїС.5) ЕЫ08Т форму CIC.WS7p»S45IO:! ?П -конечной ЗВЄЕДК ( Ш ~ Зг4...}-
;
;. Риса. Схемы it расчету кручения призматического стержня с поперечным сечением симметричной *Т«-конечной звезды ( ҐП =3,4...)
3 силу симметрии рассмотрена часть звезды, ограниченная тре-/гольником.
Касательные напряжения определяется формулами
,- -- \
где С-- модуль сдинга; 9- угол закручивания; ?,2CQ соответственно для 5- и 6-коі зчаой звезды; , и If - соордикаты б полярной системе координат; Д, Дп - известные пс Вяияние формы сечения элемента на его жесткость и дннашічес-сие качества экспериментально мало изучено. Для испытаний были [зготовлекы образцы кз дюралюминия марки ДІП (ІІІІ) и органэтескогг :текла СТ-І, площадь поперечного сечения всех образцов была однка-овой с отклонением не более 3%. Результаты экспериментальных исследований указывают на значительное повышение еєсткосте образцов с рассматриваемыми сечениями на продольный и поперечный изгиб, по сравнению с образцами, имевший круглое к квадратное сечения. Високую-жесткость, в особенности на. продольный изгиб, дают образцы с сечениями звезд, астроида, а также круглые с продольными пазами. Tat:, жесткость при поперечно*' изгибе и критическая сила при продольном изгибе образца с сечением б форме 5-конечной звезды из дюралюминия превышает таковую у круглого образца соответственно на 49,2 и 41,05«, а у образца 2з оргстекла - на 36,3 и 45.9Й.. Считается, что сопротивляемость на продольно-поперечный пегие увеличивается с повышением ысыэнтов инерции сечении. Однако сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследова-кяй показывает, что модду нили кмеотся значительные расхождения. Так. для изучаемых сечении, кроме круга и квадрата, оно составляем 11% при поперечного изгабе и 205 - при продольном. Эта разница .особенно заметна в пределах 15-205 У образцов с сечениями в форме зезэд, круглого с продольныж пазами, у которых при деформации проявляется эффект распора, повадяддай их жесткость. Мевду тем, при испытаннк образцов круглого е квадратоного сечений ни продольный и поперечный изгиб указанные расхождения не превьдзиют в среднее ы,7% с почти находятся в пределах ошибки опыта. Разница ыеэду результатами экспериментальных исследований г. теоретически подсчитанными величинами, по-видимому, обусловлена шоркой сечения образцов и характером их деформаций. Получается, что се-іеншт элементов конструкции в форме звезд, астроиды к круга л продольными пазами в процессе деформации значительно искривляются, к поскольку метода сопротивления материалов и теории упругости ото не учитывают, необходимо разработать специальные методы для ivs. расчета. т«'еаду сопротЕвляаиостью образцоз продольно-поперечному изгибу с геометрической хсрактерпстЕкоЗ - отношением периметра сечения образца к его площади имеется'определенная связь. Зта обратная показателю кшпактности сечения величина имеет наименьшее значение для круга к фактически с ее увеличением повышается продольно-поперечная жесткость образна. Согласно результатам Еспытанкй обеих групп образцов - из дюралшнния к оргстекла - декргыент затухания наибольший у образца с печением в форме б-коватаюй гвездк и составляет соответственно Исходя яз дыдензлокеннсго. при проектноовзнии несущих элементов ільсксхсзяпстзс-кньіх маган целесообразно использовать г,тп сечэкия . >амен круглых, квадратних « прямоугольных. При этом пші продольного ічічк ом изгибе элементов несущих конструкцій предпочтение сле-'йг сідать сечениям в фооч'.е зесзл.п аотрспдц. а пои пссдольнсгл >гное - в форме 6-конечнон звезды її треугольника. При псодольно-:перечном изгнсе с попесечнкта ксдеоанижи наисолее подходящими зляктся сечения, .сиекаие ц>сс;.*н теугольника, о-хонечнсй ЗЕЄЗДК астроиды. Однако в элементах: neev-iux копстоуглий, подзеру.енніїх ' ).ученив, от применения этих сечоинй. ел?пуст отказаться. Нессмксн-з, что з халдом конкретном случае ек.оопл сечекиіі долины Оііть ітенк л другие факторы. /jjnrfua авжду результатами, тсосэтических и экспериментальных следования цезчений з орав засад, астроиды ножно объяснить и, что при творзтипеских расчетах аз учтзнн доплаиации этих ЧвііИЯ. поскольку стебли, листья изучаемых растении испытывают значи-злъное давление ветра, можно предположить, что природа з течение глтелъной эволюции придала игл геометрические-іорш, уменьшающие іродинамическое сопротивление. Для проверки этого предположения .готовлены призматические модели с указанными космами сечении которые испытыважсь в дозвуковой аэродинамической трубе Московского авиационного института по методике, позЕоляодей по результатш опытов определить коэффициенты аэродинамических сил и момзнтов для тел конечной длины о пересчетом на элементы бесконечного удлинения. Были спроектированы и изготовлены поддерживающие устройства, позволявшие получить аэродинамические показатели во всем диапазоне ^лоь оодува or U до 180. - Для фиксированных углов обдува определены зависимости коэффициентов аэродинамических сил от скорости набегающего потока. Все модели, за исключением моделей с сечениями ввезд, имеют меньшие илк по крайней мере близкие для моделей с квадратным или круглым сечениями величины коэффициентов аэродинамического сопротивления. Результаты эксперимэкталькых исследований моделей с изучаемыми сечениями на продольно-поперечный изгиб и на способность гашения изгибных колебаний в совокупности с их аэродинамическими свойствами указывают на их преимущество по сравнению с таковыми с круглым или квадратным сечениями, что долано способствовать их более широкому ПріІМенеНКЕ. Четвертая гдава — "Теоретическое и экспериментальное исследование несущих элементов с переменным модулем упругости по длине" посвящена установлении эффективности, применения несущих элементов с постоянным сечением и переменным модулем упругости по длине при динамическом воздействии. Идея исследования такоіі консольной стойки или балки возникла в процессе бионического изучения стеблей растений, жесткость которых меняется-от комля к вершине по определенным канонам. Жесткость стеблей изучаемых травянистых растений уменьшается от комля к вершине, за исключением-небольшого участка, длиной I00-3Q0 мм,- именуемого наык "податливым". Такая архитектоника предотвращает іо-гокку стебля при больших напорах ветра. Как показала . киносъемка колебаний стеблей, при слабом давлении ветра изгибается лидь верхняя часть стебля, что уменьшает парусность растения; при сильном же давлении ветра значительной деформации изгиба подвергается одновременно и нижний "податливый" участок стебля. Наличие "податливого"-'-участка вблизи защемления консольного элемента постоянного сечения иожет быть обеспечено, к примеру, при обеспечении .изменакиг j^cavjui ттэутости по jpuwe по условию (рис .6). Ev*Ea(a^+6+-^)-> зторое, з частности, для нашего случая записывается в виде:- Es* Еа(О,3^+О,0Т5^Мр) . із; \ЧФ0 Е*=Ев(<М6^-а065-ь&!її?) | 12 с0- максимальны!! модуль упругости, соответствующий условно эдулю упругости материала на концах элемента. гсчет Ц~т-г » безразмерной величины, от защемления. Г -г Ряс.5. і-Ізменешіе модуля упругости і-% по длігае *а элемента: I - по формуле (3); -2 - по формуле (4) Кривая по формуле (4) вблизи защемлення тлеет более пологую орму по сравнению с кривой, описанпой формулой (3). Наименьший одуль упругости по формуле (3) составляет Е>4 = 0,205 ta при ^= 0,071; по формуле (4) Е? г 0,27С Е0 при Ц = 0,113. . Для сравнения на рис.7 преде/ивлена картина изменения проги-ов пс длине элементов с переменным а постоянным модулей* упругости ля простого случал напряжения силой на свободном конце. Геометри-еские размеры обоих элементов одинаковы. Для элемента с постоянным модулем упругости прогибы определя-ись по общеизвестным выражениям, для элемента же с переменным мо-улем упругости (формула 3) вычислялись по уравнению: 9 = 0,5435^^6^+(-0^55-0,5^)^(0^+ \MS*(%+0^046)-(0,03^-0,^ І9^)<Ш.Г|(1Т,355^+0Д^|)-. (g) ,62.29^-0,2221. / ! mi і Г і, і ( і/ 0^- Рис.7. Изменение деформации по длине элементов: - модуль упругости постоянный; - модуль упругости переменный Как видно из рисунка, разнила з величинах прогибов у обоих элементов возрастает к свободному концу, где прогиб элемента с переменным модулем упругости превышает таковой для элемента с постоянным модулей упругости в 3,18 паза (прогне конца консольного элемента с переменным модулем упругости составляет 1,0579Р41, а с постоянным - 0,ЗЗЗЗР**/б1 ) В непосредственной близ;: от защемления .характер деформации у обоих элементов различен. Прогиб элемента с постоянным модулем упругости здесь преьыпает прогиб элемента с переменным модулей упругости, однако на расстояния около 4= 0,10 от защемлення прогибы у обоих элементов получаются одинаковыми. В дальнейшем величина деформация элемента с переменным модулем упругости возрастает, б особенности в пределах участка = 0,10 - 0,20 от заземления *« последней четверти его длины. Описанный характер -деформации элемента с переменным модулем упругости, в частности, о повышенной деформатпвнестьа в нагружен- зі! части вслпзн зашємлення, толтвєгшіпєт мисль о целесообпрзно-гіі его использования в конструкциях, подверженных динамически', ззлеиствияы нагрузок, Лл" пт згарки крагнл'ностп г-:"'":, ;;пг-пслг-^--нн" ~r.pv~ero.:?j іомалькке напряжения в осіоііх элементах' при динамическом наг:\у*сс-*; для конкретного пгшмера, увязанного ь далькешіеп с зкспог-пмен-ільнимн исследованиями. гієлі'.чкмі- динамических напояг^н:*:'. в элементах зависят ";.:?-, г ,т::;нам;<г"есісого козакішіента, поскольку статические напряжения інникоек з обоих случат:. Следовательно, разница з величинах .'намнческкх г;апояленнп для обоих элементов 'осусловлена л:::;і- пежиной соотношения динамических KOSiuVUIIHOHTCL. Клк.известно, ді:нз"ігческкй ксэ#;';:пценг увеличивается о увєлі;-їнттсг-т скооостк псіїледения нагрузки. Однако з"о увеличение в nr-t— ;лах кн тс оесушпгх пас скопсетєіі пзравнемерн-. . Подсчеты показали, что величина отношения динамически kcj-.i-щиєнтов для элементов с постоянным і: переменным модулем улругост:' увеличением скорости приложения нагрузки постепенно уведичива-:'ся. Однако изменение этой веліпшш становится незначительном я: скоростях приложения нагрузки свиие Ь м/с. ь предела:-: скерс-?ек 5-30 м/с сна равна 1,55-1,?и, при скорости же I м/с - ±,ЗЬ при скорости 3 м/с - 1,46. Из изложенного следует, что если г.! статическом нагруг.еник напряжения в обо/х элементах одинаковы, ) при скорости приложения нагрузки в пределах 5-30 м/с в эльмен-'. с постоянным модулем упругости динамические напряжения 1,55-,70, а при скорости 1 м/с - в 1,35 раза оольшэ соответствующих іпоякений е элементе с переменным модулем упругости по длине. Таким.ооразом, использование элемента с податливымучастком ілпзіі защемления позволяет значительно уменъдить динамически;': ;о-]фнциент к соответственно напряжения при динамическом прклеял-m нагрузка. Ыесто расположения "податливого" участка ка элементе, п его :сткостная характеристика должны Оыть подобраїш в зависимости от ірактера и места приложения нагрузки. По аналогии со стеблями растений податливая часть элемента мояэт охватывать участок, примыкающий к его свободному концу или і обцам концам. 3 последнем случае будет иметь место так называемый эффект кнута. В конструктивном отнесении представляет интерес то обстоятелі ство, что переменная жесткость элемента достигается при одинаковое, поперечном сечении по всей его длине. Поскольку элементы, подобные описанным, в сельскохозяйственна малинах будут раоотать в условиях циклических нагрузок, возникла необходимость разработки метода их расчета при вынужденных колеба- Р 'ЛЯХ Рассмотрим случай, когда свободный конец консольного элемента с переменным модулем упругости по длине (по формуле 3) совершает горизонтальное движение по заданному закону (рис.8). Ркс.В. Схема к динамическому расчету консольного элемента с переменный модулем упругости по длине Дифференциальное уравнениа поперечных колебаний такого элемента представляется в виде: 3x^CWi3?-lx ft Ht4~U ' где E(x)I- изгибная яесткость в произвольном сечении; - шюшадь поперечного сечения элемента; Х- удельная масса; 3- ускорение силы тяжести; U2— SL- изменение интенсивности Z'o Для решения поставленной задачи пользовались методом Рэлея-ца. Прогибы элемента при колебании представим в ваде: определяет форму колебаний; Ц-Ч(/Зі; р - угло-: частота, определяемая по выражению Наименьшее выражение (8) соответствует точному решению при еделенеи частоты основной формы .колебаний. для приближенного решения ферму кривой изгиба элемента примеу иде ряда X^^Sok^C?)-» (9) ісаждая из Фушщий 4^?) удовлетворяет условиям на концах мзнта. Подставляя ряд (9) в выражение (8), после преобразований учим условие минимума Такій образом, задача сводится к определению таких значенії»? тоянных 0-1 в виражений (9), которое обращают в мкникуь: еграл (10). Разложив выражение кривой изгиба в ряд и удовлетворив усдо- / к Eds Ы0,5 ote&fi-jtZflSal +6(at+3a^*3aa<^+fi W^', Для определения формулы прогибов используем метод Лагранжа-да. Уравнение упругой линии в случае действия сосредоточенной і на свободный конец элемента может быть представлено в виде: ^e^(K«.VKi^fio*?tr (12) С S;С _ «звістіте коэффициенты, характеризующие изменение модуля упругости элемента по длине. Выражения для язгибаьдих моментов и поперечних сил по.длине элемента при сспзрэчном колеоанли, полученные из уравнения изогнутей осп элемента, имеет зпд: МСс z)=. Q5 PU К,-3 КпЛ) "s?r 0-"B,75PK\^spt (14) 2 теоретических исследованиях элемента с переменном модулем 'тругооти были приняты некоторые допущения. Для уточнения его ' їі;іпрллг!ішо-дец;ор..г.:аоБанного состояния били проведены экслеримен-талъьие исследования, делаемый хасактер изменения модуля упругости го длин? образца, изготовленного из углепластика, получали путем ьзрг-нр'.ьдння его составом. Лспитыпались чєтире типа сбразпоз: с постоянны:.::! сечением и ::o"jj-.iu упругости С контрольний); с постоянным сечением и переменил;.: модулем упругости по формулам (3) и (4); с постоянным модулем угругостя и переменным моментом инерции сечений, изменяющимся ПС <:о::ч/ле (3). Образцы консольно закреплялись в зажимах и цепншвались при статігческом к динамическом воздействии склц, пригашенной к концу с^газца. '/ образцов с перетленным модулем упругости по формулам (3) и -.-'.) характер деформаций, полученный экспериментально, близок к тес<;;ег;г«скп подсчитанному, за исключением участка (его длина обусловлена характером изменения модуля упругости), который расположи zizs сечения, ссотазтстгущэго наименьшему модулю упругости. С-тот участок предстали? собой как бы упругопластический дефермп-гусцпися саркнр (пелдглкайї УЧйО*««), а котором по сравнению с образцом с ц$эл &n;ay.tf м&а?д&ь> уцрузгаетп и сечением прогиби несколько больше. Если образец с п&реденкш модулем упругости по всей длине испытывает лндь упругую дефору&цдо, то шарнир не образуется, и прогиба, подсчитанные экспериментальным и теоретическим путем, совпадает. Ка у:-:азакном участке'элемента имеет место перераспределение напряжений. Результаты исследований показывают, что имеется сольная раз-па меэду величинами динамических напряжение, полученных теор^ти-ctcilm и экспериментальным путем. Экспериментально полученные напряжения у соразиов с г.~стсгн-:;; дулем упругости и сечением оказались значительно вьтае, чы;. у разцов с переменным модулем упругости по формулам (a) к (4) ответственно на 13,6 и 19 на участке защемления, і: на И'.—'.2С средней для обоих образцов на податливо:- участке. З-іфектизность консольных элементов постоянного сечения С lib-ленным модулем упругости можно повысить, уменьшив напряг..;.'.ия посредственно в зоне-защемления, с учетом характера распрегсле-я напряжении по длине элемента. Чтооы снизить напряжения меяду теннем с наименьшим модулем упругости и участком зашемлениа, кно подобрать другую функцию изменения модуля упругости по дли-элемента или повысить момент инерции сечений в соответствии с ^актером роста напряжений на этом участке. Второй вариант оолс-е іемлем для решения конкретных практических/ задач. Результаты исследования демпфирующее свойств испытываемых зазцоз позволили установить, что декременты колебании у образцов временным модулем упругости по формулам (3) и (4), по сравнению Образцом с постоянным сечением к модулем упругости, гїоль'і'є на и 33,3jS. Декременты колеоакий у образцов с переменным модуле." тугости (при постоянном сечении) и с переменным моментом кнеяііип ієнпй {при постоянном модуле упругости) по формуле (3) оказались гзкими по величине, поскольку жесткостные характеристики у них шакозы. Желаемый характер изменения модуля упругости по длине оле-;та мокно достичь изменением состава композита или путем установит диафрагм хесткостеи з определенных местах элемента. Пятая глава - "Теоретическое к экспериментальное исследование їцесса гашения колебаний несущего слоистого элемента конструкции'' івящена изысканию эффективных способов демпфирования кэгибяых ієбаїїіїй несущих элементов сельскохозяйственных машин. Приводятся іультати теоретических и экспериментальных исследован-а" демпфи-ания кзгкбных колебаний слоистого элемента с упругоачзким мате-їлом мевду слоями. Идея гашения колебаний слоистого элемента путам деформации іига упруговязкого материала, связпвЕаиего слои, возникла при ісмотрении демпфирования кзгибнюс колебаний стеблей растений. имеющего место благодаря деформации сдвига между отдельными смек-икмл слоями тканей стебля (так, например, у рогоза деформации сдвига возникают мегзду отде-лькпня листовыми влагалищами, а также влагалищем и самим стеблем). Сдвигающиеся поверхности связаны между собой довольно вязкам растительным глеем,создающим возможность для некоторого их взаимного перемещения относительно друг друга, испытания показала, что деформация сдвига в слое клея явля ется основным фактором, способстзушкм быстрому затуханню колеба-і:іі": стебля. Для тьсо-^тического изучения процесса демпфирования рассмотре а-:- напряженно-деформированное состояние двухслойного консольного элемента со связивакщкм материалом меащу слоями при статическом изгибе под действием внешних нагрузок ірис.9). V I гг. Рис.9. Схема к расчету на статический изгиб составного элемента г* О ) Зависимость между напряжениями к . деформациями в стержнях и связях можно представить в ваде: Ьп+^+Н^^+Т -дз Е,И - кратковременный'к длительный модули деформации материала стержней; ^і.,^- кратковременный и длительный модули сдвиг материала связей; у\ ц- константы, характеризующие материалы стер лнеіі и связей сдвига; $ f~ нормальные напряжения и напряжения сдвига в стержнях и связях соответственно; - относительные лине ііние деформации стераней; U - относительные деформации сдвига в связях. Ре^ая систему уравнения (15), получим выражение для суммарно? едзигавдего усилия: і г - максимальное суммарное сдвіїгакпієо усилие з упругой стй-раостіг стєржія; CJ,S У±А^ - (.-.,1 ЛосдедувщгЙ расчет произведен обілнкчи методами теории сое-шх стержне!;. Для п&г.г.іба консольного составного елемента получено лисгже- U^)--^f#-(S{ ^^вг)іпЦ-, (13) ; Jf а Ь» - известные постоянны.-. заг:їсяш:'.е от г'ехан:пее-: свойств я геол'етр;іческих размеров элемента. ^-0,^(2^--^) Прсзедс-ккое исследование, scaic z- следовало ожидать, показква-, что нормальные напряжения воспринимгвуся в основном знеанямк )ям:і элемента. Податливый средний слой играет роль поперечных ;зей и связей сдвига. Имея выражения для сдвигающих усилий и дефэрмшхкП, леп:о кНо установить напрякенно-дефермкрова?ное состояние дзухслой-элемеитоз с упругевязкгал связывании маэеркалсм. Аналогичная задача решена ц для-случая динамического прилб-іія нагрузки. При внезапном действии горизонтальной склк на сольный составной элемент (рис.20) в катдем из стерхней под :;;"отв'.іе-.! волновых колебаний возникают динамические перемещения, р.ц.-ііваюс:із напряжения сдвига в демпфирующем материале, т.е. в свя ,;.чх сдвига. Главное внимание здесь уделялось напряжениям а связях г-.'стсольну именно они обеспечивают совместность работы стержней. Ряс.10. Схема к динамическому расчету составного элемента Согласно расчетной модели, сдвигающие усилия з связях сдвига определяются из следующего дифференциального уравнения (принимается, что поперечные связи достаточно жесткие): -» ^(Vi-фф v<4rl).- о, а ., -л «т? >-ч і ui и «і^і- соответственно жесткости элементоз Пр',1 paCTJiJiS-н;:.: (x:st:t;i) и изгибе; г^ , р,- погонные нагрузки з стержнях; ^(.^.t); lvL (X,t) - динамические изгибающие моменты от изги-б^спх гіогокіш:; сил; '/\- коз^фицяент жесткости связей сдвига цег.-п|::русыего слоя; jz, " 'лкРнна первого и второго стержней соответственно. Регенте днЭДерекциального уравнения (20) позволяет определить сухарные значения усилий сдвига з связях, следовательно, и напрямний сдвига, а по нал выбрать оптимальнее- уируговязкий Определение демпфлруглцщ:. свойств испытуемых элементов пролилось мотадом затухающих колебан-дН. Для получения необходимой аоліг-їіПііі сдъига і.:г.:*ду консольные ергліямії, зависящей от отношения ;сс .т.гстісостгй ем оно больше, тем больше есл:гг.:і:п взаимного перемещения сферой и, следовательно, дефор\сац::л сдви.гч в демпфируйте:.! :.:атері;»-), стержни ЕЦйіграл;:сь разнив ссчг-нлІ! :г из разл;*чкш: г.:атєркалов .таль 45, дпраизмкнлй ДІП(ІІІІ), органическое- стг;с,т'о СТ-і, бс>-іН 2Г0). Это позволило варьировать огко'зенкем лестісостзй егерей (г/екбнтов мнерций сечений при одиомодульном матеріале стер- жней) в широких пределах - от 3,4 до 108,о. В качестве демпфирующего материала применялась пленка поли-внннлхлорвдная пластифицированная марки ТВ; коврик полизинилхло-ридный тіш А; латекс 50И; клей Ы>-2; резина техническая марки G.S (ГОСТ 733Б-77); строительные битумы различных марок. Демпфирующие материалы, за исключением битумов, приклеивалисі к стернням с помощью тонкого слоя клея Б-2. Битум же вносился б зазор между пластиками в жидком нагретом состоянии. Опыты по изучению влияния температурного фактора на процесс демпфирования при применении з качестве демпфирующего материала битума проводились в климатической камере. Температура образца определялась как средняя месту измерениями до и после опыта. По результатам обработки полученных осциллограмм затуханий свободных колебаний определялись: среднее значение логарифмического декремента колебаний /\ ; частота колебании ^ и коэффициент затухания 8 - Xv. Ііа рис.II приводятся кривые изменения величины логарифмического декремента во времени для образцов, составленных из стераней из органического стекла с отношением моментов инерции 22,4, з которых в качестве демпфарухадкх материалов использованы: клей БЗ-2, пленка полпвинилхлоридная, коврик поливинилхлоридный, латекс, битум БН-70/30. Здесь ае для сравнения приводится кривая изменения декремента колебаний сплоаного образца из органического стекла (монолита) с толщиной, равной сумме толщин д^ух стержней. 11з кривых, приведенных на рис.II, видно, что декремент составных образцов значительно больше, чем у спло'лного. Так, например, величины декремента колебаний составных образцов с демпфирующим материалов из пленки, коврика и битума превышают таковую для. монолитного образца а 2-2,2 раза. При использовании клея Б>-2 и резины технической это преЕызение уменьшается до 1,6-1,8 раза. При зтом наибольшие значения декремента колебаний имеют образцы с пленкой и ковриком (0,52 и 0,47), наименьшие - клей Б1>-2 и редина техническая (0,36 и 0,42). Неплохие показатели имеет битум БК-70/30 ( Д= 0,5), обладазкцзй приемлемой упругозязкостной характеристикой. Однако его адгезия с органическим стеклом невысокая, и хорооие результаты были получены при его использовании в металлически и бетонных образцах. Сравнительно большую величину декремента составных образцов, Рис.II. Изменение логарифмического декремента во времени у образцов из органическоз'О стекла с демпфирующими материалами: I - клей; 2 —пленка; 3 - коврик; 4 - латег.с,* 5 - битум Б11-70/30; 6 - монолитный образец из органического стекла Рис.12. Зависимость декремента колебаний от вблтїчпіш . отношений геометр'.гаескнх «еегкостей стержней кз органического стекла с демпфирующей материалами: I - пленка; 2 - біітум 121-70/30: 3 - козрнк; 4 - клей БІ*-2: 5 - образец "из бетона с лемпфнругздм иптериалсм 131-70/30 подсчитанную; по первому niucy при большой амплитуде із начале про. цесса мокко объяснить относительно высоки.) напряженным состояла о'^асца. При испытании сплошных образцов изменения величины декремента на наблэдалозь и процесс протекал с большой стабилью стък. Ка ряс.12 приводятся кривые изменения декремента колебаний а зависимости от величины отношения зеесткостей (моментов икердп; сечений лля стержней из одного и того же материала) стержней. '.Із кзпзых 1-4 видно, что характер изменения величины декро-ментоз колебании испытуемых соразцов с различными демпфирующими :.атч-.рпгіламн і.о всех случаях почти идентичен. Пел этем карему к: ^мпфирутап::-.. материалов, з зависимости от их упруговкзких сьойс ССОТЗСТСТ.иуЄТ определенный Интервал ОТНО'ЛеКПЯ ЖеСТКОСТСЙ i'OMt'H- тг'Б инерции течений) стержней, э котором декремент колебанш'і имеет наибольшие (оптимальные) значения. Так, при использовании пленки л коврика наибольшие значеній декремента находятся з нн-терьнле отношении моментов инерции от 2Q-;j5 до 55-60, для клея ; :: битума - от І7-ЛС до 40-43. Танки образом, для всех четырех д-емпі.пруї-тасс материалов наибольшая зеличкна декремента приходите ІІСЧГП г.а один и тот же интервал соотношении моментов инерции. Оптимальный интервал отношения аестксстей, который в среднем можно принять в пределах от 17 до 60, не зависит от материала стержней и обусловлен лиль свойствами демпфирующего материала. Необходимо отметить, что соотношение моментов инерции сечении степеней не должно превышать какой-то критической величины, при которой влияние одного из них становится доминирующим. При использовании битума в качестве демпфирующего материал; существенное влияние на процесс демпфирования сказывает температура. Согласно опытным данным, наибольший и относительно постояі huh "окремепт колебаний соответствует температуре окрунаюцеп ере з пределах от tI5 до +40С, С понижением (ниле I5G) и пошшені :-.;-::о .'.С^'С) температура рассеивания энергии уменьшается вслед-:/rz::\ изменения свойств битума, 1-егультзты экспериментов показнсают, что деформации сдвиге ея.н:оупругнх материалов в составных стержнях в значительной мерс м.-се.сствуют демпфированию колебаний. Из подобранных демпфируют;-; яте; палов наилучшие показатели имезт пленка поливинилхперидная ".:: А,и битум Б.Ч-70/ЗС. 3 металлических составных конструкциях ^.;оеосбразно использовать пленку, кевркк или латекс. Битум 1-70/30 можно рекомендовать для использования в слоисты;: .т.елезо-ітоиких конструкциях. Применение битума ТЄХНОЛОГИЧНО, ПОСКОЛЬКУ і требуется склеивания поверхностей. Оптимальная толглина Сктуг/-;го слоя колеблется з пределах 1,5-3,0 r.:r.:. Дадт:не'!_єе увелігчение злідннн почти не влияет на характеристики затухання. Использование остальных демпфирующих материалов требует щоора специального клея, который должен иметь хорелие адгезион-ІВ свойства как с материалом конструкции, тя\ л с демпфером. Б чертой главе приводятся рексмецданді; . ---:0110.-.:1:4601:00 сбес-эгание по использовании некоторых принципов строения стеодеі: в jcy^io: конструкциях сельскохозяйственных ньшпп. Область прпмене-ія результатов исследованиіі - несущие элементы (рамы, стоики, 1лки л др.), работающие при динамическом к циклическом воздєіі-гвни нагрузок. В большинстве случаев литые стойки в сельскохозяйственных линах с конструктивной точки зрения ие оправданы. Предлагается імепнть круглые литке стойки рабочих органов плуга-рыхлителя :Ш-3 на полые, эллиптической формы, что позволит уменьшать массу сек на 3,3 кг или на 40,Ъ% от первоначально]! их массы. При это.'.: ієличкесєтся жесткость стойки, уменьшается ее лобовое сопротизле-:е. Так, тяговое сопротивление мадинн с опытными образцами стоек іИ вспашке меэдурядий виноградников сказалось на Э,2^ кельме, :.' при обычных стоиках. Разработан к испытай рыхлитель РІІ-Є0Б с новей формой стоики, евдой одинаковый момент сопротивления сечения по длине. При та-й форме увеличивается жесткость стойки при изгибе в поперечном правлении и кручении, а такие демпфирующая способность, г'спыта-я рыхлителя позволили установить увеличение динамической прочпо-и и жесткости з среднем в 1,8 раза, уменьшение тягового сопро-злення из ІА.% при почти одинаковой металлоемкости по сравнению серийным. В соответствии с ЕЖ!іпредложеш!іл,:и изменениями в конструкции пин нзготоллен:і опытные образцы, которые прении государственные жтання з ІніЮ МСХ республики. Улучшены показатели демпфирования колебаний, возникающие при 'оте решетного стана семяочкет.пельней машины Си—1. Предлагаемая, гофрированная ц.юрма сечения центральной толкаю-' /лги плуга ПКУ-4-35 позволяет увеличить ее не суду» способность Z6%. 5 диссертационной работе приводится ряд других предложений и рекомендаций, которые намечается реализовать в дальнейшей работе.
;тоянные величины, учитывающие число приближения:
(2)
і/
\л,
iz
ом o.&
(6)
сил инерщгл вдоль элемента. 2 dV
.1 на концах элемента, после ряда преобразований получит/ велкчи-
/гловой частоты
Элемент состоит из двух стерзшей, соединенных меяду себой пеяеречнымп связям: едзига, имитирующими наличие материала мезду слоямк. Для более широкого охвата задача решена с учетом деформации ползучести составлявших элемента.Похожие диссертации на Совершенствование несущих конструкций сельскохозяйственных машин на основе использования бионических принципов
