Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке Маликов Денис Анатольевич

Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке
<
Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Маликов Денис Анатольевич. Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.01.- Челябинск, 2002.- 130 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-5/1966-X

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 7

1.1. Опыт применения, условия эксплуатации и краткая характеристика оболочечных конструкций из слоистых пластиков 7

1.2. Напряженное состояние защитного слоя оболочки при тепловом воздействии 15

1.3. Анализ методов расчета оболочечных конструкций на тепловое воздействие с учетом вязко-упругой работы материала 25

1.4. Технические решения, направленные на снижение уровня температурных напряжений и повышение несущей способности полимерных оболочек 28

1.5. Выводы по главе 30

2. Методика исследований 33

2.1. Общая методика проведения исследований 33

2.2. Методика экспериментального исследования НДС защитного слоя оболочки 34

2.3. Методика определения физико-механических характеристик материала защитного слоя оболочки.. 39

2.4. Методика определения гГа'раметрбв трехэлементной модели вязко-упругого тела 42

3. Экспериментально-теоретические исследования формирования ТН в защитном слое оболочек при нестационарном тепловом воздействии 45

3.1. Уточнение модели напряженно-деформированного состояния защитного слоя оболочки при нестационарном тепловом воздействии 45

3.2. Экспериментальное исследование деформационных свойств материала защитного слоя оболочки 55

3.3. Экспериментальные исследования и проверка метода расчета температурных напряжений в защитном слое бипластмассовой оболочки при нестационарном тепловом воздействии 62

3.5. Выводы по главе 70

4. Аналитические исследования температурных напряжений в защитном слое цилиндрических бипластмассовых конструкций при нестационарном осесимметричном тепловом нагружении 72

4.1. Методика расчета НДС многослойной оболочки при тепловом воздействии 72

4.2. Оценка эффективности применения в конструкциях упругоподатливой прослойки 78

4.3. Выводы по главе 86

5. Практическое использование результатов исследований и конструктивно-технологические мероприятия по повышению эксплуатационной надежности оболочек из полимерных материалов 88

5.1. Конструктивно-технологические решения по снижению уровня температурных напряжений в защитном слое 88

5.2. Практическое использование результатов 94

5.2. Предложения по уточнению инженерного метода расчета температурных напряжений в защитном слое 98

5.3. Выводы по главе 100

Основные выводы и предложения 102

Заключение 104

Литература

Напряженное состояние защитного слоя оболочки при тепловом воздействии

Основной причиной разрушения защитного слоя являются растягивающие ТН, возникающие в нем при охлаждении конструкций из-за различия КЛТР термопластов (5... 20-10" град") и стеклопластиков (1...2-1СГ5 град-1) и жесткой связи защитного и силового слоев. Верхняя граница температурного диапазона (-Ю...+80С) применения конструкций определяется значением температуры, при превышении которой происходит резкое снижение прочностных и деформационных свойств материалов конструкции. Нижняя граница - из условия недопущения хрупкого разрушения защитного слоя от ТН при низких температурах, особенно в зонах сварных швов [10, 50, 66]. Для аварийных режимов остановки в зимнее время или критических случаев работы, когда даже отсутствуют непосредственные силовые воздействия, ТН могут достигать предела прочности материалов и их соединений. Эти факты подтверждаются оценочными расчетами (см. прилож. 1) по принятой в инженерной практике методике, которые показывают, что при охлаждении в защитном слое бипластмассовых конструкций появляются ТН, составляющие 50...70% от кратковременной прочности (50...80 МПа) основного материала и достигающие прочности его сварных швов.

С момента изготовления и в период эксплуатации конструкция подвергается нестационарным тепловым воздействиям: на стадии изготовления - нагрев-охлаждение в процессе термообработки, необходимой для ускорения полимеризации связующего силового слоя; при длительном хранении на открытом воздухе - сезонные колебания температуры; при эксплуатации - технологические изменения температуры [1,41].

Основы методов расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) многослойных конструкций из полимерных материалов в условиях воздействия переменных температур и внешних нагрузок разработаны в рамках теории термоупругости и термовязкоупругости в трудах Б.Е. Гейт-вуда, Ю.Н. Работнова, А.Р. Ржаницина, Е.Б. Победри, Н.В. Колтунова [86,85,46]. Особенностью рассматриваемой задачи является то, что температурное воздействие приводит не только к образованию ТН в конструкции, но и к изменению вязко-упругих свойств материалов, что совместно с реологическими процессами оказывает влияние на формирование температурных напряжений во времени, т.е. имеем дело со связанной задачей термовязкоупругости.

В условиях воздействия переменных температур процессы формирования ТН в бипластмассовых конструкциях рассматривались Н.С. Кувши-новым, но раздельно при нагреве и охлаждении [50, 51]. Он показал, что температурно-временная зависимость деформационных свойств материалов конструкции существенно влияет на величину и изменение ТН во времени. Расчет ТН может осуществляться по формулам термоупрутости: при нагреве с подстановкой вместо модуля упругости модуля деформаций при конечной температуре нагрева; при охлаждении - среднего значения модуля деформаций при начальной и конечной температурах процесса охлаждения с учетом длительности воздействия. Предложенный метод расчета ТН предусмотрен действующими нормами на проектирование бипластмассовых конструкций [87].

В работах В.М. Асташкина, В.В. Лихолетова [11, 12, 55] показано, что важную роль в формировании ТН играет ярко выраженная температурно-временная зависимость свойств материала защитного слоя. В конструкциях из традиционных материалов, модуль упругости которых мало зависит от температуры, при нагреве в условиях стесненности тепловых деформаций происходит равномерный рост сжимающих напряжений, а при последующем охлаждении до То - равномерное их снижение до нуля (рис. 1.6, а). В защитном слое из термопласта характер изменения напряжений является существенно нелинейным, а в результате нагрева от То до Тр и охлаждения

При умеренных температурах, не превышающих температуру текучести Тт, уменьшение напряжений при нагреве в основном связано с обратимыми вынужденно-эластическими деформациями.

Процесс деформирования полимерных материалов при изменении температуры в условиях несвязанной задачи термовязкоупругости рассмотрен в работе [5]. В разрешенном нормами [38] температурном диапазоне эксплуатации уровень напряжений не превышает предела пропорциональности на диаграмме а-є (напряжения - относительная деформация). Разница начальных участков диаграмм при разных температурах проявляется только в изменении угла наклона (рис. 1.7). Линейные участки диаграммы образуют криволинейную поверхность, представленную на рис. 1.8. Если рассматривать процесс деформирования элемента одновременным монотонным (в частности линейным) изменением температуры, то в этом случае должен рассматриваться срез этой поверхности вертикальными плоскостями различного направления. При этом диаграмма деформирования в условиях повышения температуры будет выпуклой (рис. 1.9, кривая а), в условиях снижения температуры - вогнутой (рис. 1.9, кривая б). При нелинейном законе изменения температуры срез поверхности согласно рис. 1.8 должен производиться не плоскостями, а изогнутыми поверхностями [5].

Рассматривая участки разгрузки на рис. 1.9 можно отметить, что путь разгрузки зависит от предыстории загружения. Если повышение нагрузки сопровождалось повышением температуры, то в случае разгрузки при постоянной конечной температуре деформации полностью снимаются (см. рис. 1.9, а, пунктир) и для расчета разгрузки используется секущий модуль деформаций. Если же повышение нагрузки сопровождалось снижением температуры, то в случае разгрузки при постоянной конечной температуре остается вынужденно-эластическая деформация (см. рис. 1.9, б, пунктир). Таким образом, полимеры обладают способностью претерпевать под действием изменения усилий и теплового режима, наряду с упругой деформацией, также обратимую вынужденно-эластическую, что отмечалось ранее в работе [52].

Методика определения физико-механических характеристик материала защитного слоя оболочки..

Методы оценки работоспособности композиционных материалов в разнообразных условиях эксплуатации разрабатываются на основе фундаментальных исследований В.А. Каргина, С.А. Рейтлингера, П.А. Ребиндера, Ю.С. Зуева, Э.Бэра, Х.Т. Кортэна, С. Голдфайна [34,42,47]. Большой вклад в этой области внесли И.Я. Клинов, В.Н. Манин, СМ. Перлин, Р.З. Рахимов, А.А. Шевченко, М.К. Антун, Г. Мегес и др. [75,83,107]. В результате в 60...70 годы была создана база для определения расчетных физико-механических характеристик композиционных материалов с учетом длительного воздействия механических нагрузок, повышенных температур и агрессивных сред. Влияние каждого из факторов учитывалось отдельным коэффициентом. Применительно к оболочкам из композитных полимерных материалов, методы расчета их НДС рассматриваются в работах Н.Х. Ару-тюняна, В.Л. Бажанова, В.В. Болотина, И.И. Гольденблата, , Н.П. Ершова, А.А. Ильюшина, П.М. Огибалова, Ю.Н. Работнова, А.Р. Ржаницина, Р.Б. Рикардса, Г.А. Тетерса. [14,30,72,86,85] На основе этих исследований прикладные методы расчета создаются в ЦНИИСКе им. В.А. Кучеренко, ВНИ-ИСПВ, МИХМе, а также за рубежом в рамках обществ инженеров - механиков.

Методы расчета многослойных оболочек разработаны в трудах В.В. Болотина, А.Р. Ржаницина, Г.А. Тетерса [23,85,97]. В работах [4,93] рас -26 смотрены прикладные задачи определения НДС при нестационарном тепловом воздействии с учетом вязко-упругих свойств материалов конструкции. В работе [82] рассмотрена задача определения ТН в трехслойных конструкциях с учетом сдвиговой податливости среднего слоя, но радиальная податливость слоя заполнителя не учитывается.

Среди задач термовязкоупругости особой сложностью отличаются задачи, учитывающие нестационарный и неоднородный по пространственным координатам характер температурных воздействий. Аналитические решения таких задач практически отсутствуют, поэтому представляет интерес разработка эффективных численных методов.

В работе [99] рассматриваются возможности итерационного метода, построенного на идее "физического погружения", для численного анализа механического поведения полимерных тел в условиях сложного термосилового нагружения с учетом наличия релаксационного перехода. Метод пригоден для решения неоднородных краевых задач термовязкоупругости. В качестве исходной информации необходима обобщенная кривая релаксации, построенная на основании экспериментально измеренных функций релаксации при нескольких фиксированных температурах. С использованием метода исследовано поведение полиэфирной смолы в условиях одноосного напряженного состояния в диапазоне температур, включающем стеклование или размягчение материала. Проиллюстрировано численное описание механических эффектов, связанных с влиянием скорости изменения температурного поля, а также явлений образования вынужденно-эластической деформации при охлаждении и их высвобождение при нагреве.

В работе [93] рассматривается многослойный коаксиальный цилиндр из вязко-упругого (слой 1) и упругого (слой 2 и 3) материала, находящийся под действием внутреннего и внешнего давлений, осевой силы и осесим-метричного температурного поля. В этой работе решение строится с помощью численного метода, основная идея которого заключается в следующем. Нагружение разбивается по времени на ряд малых этапов. В качестве «начальных» условий на каждом этапе принимается НДС тела, известное из расчета предыдущего этапа. Для t=0 значения всех компонентов напряжений и деформаций определяются начальными условиями задачи. На каждом этапе нагружения решение вязко-упругой задачи сводится к решению соответствующей «упругой» задачи с дополнительными деформациями. На всех этапах нагружения вычисляются соотношения для каждого цилиндра в отдельности, а затем производится «стыковка» полученных решений из условия совместности деформации цилиндров.

В практике инженерных расчетов более оправдано максимальное сохранение их традиционной формы, используя уточненные расчетные схемы и температурно-временные деформационные коэффициенты (пхт). На основе модели первоначально устанавливаются подлежащие проверке случаи неизотермического температурного нагружения, для которых либо определяется новое "фиктивное" значение начальной температуры То, либо уточняются значения коэффициентов птт, позволяющих при подстановке в обычные формулы определения ТН для стационарных режимов получить ТН для опасных нестационарных режимов.

Проектирование коррозионностойких строительных конструкций выполняется специализированными организациями, которое осуществляется на основе «Инструкция по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб» [38] и «Руководства по проектированию, расчету и методам контроля газоходов и ванн из бипластмасс» [87].

Инженерный метод расчета ТН [87] предписывает выполнять расчет при крайних (максимально и минимально возможных) температурах, в которых ТН рассматривается отдельно либо при нагреве (1.9), либо при охлаждении (1.10)

Существующие инженерные методы расчета ТН в конструкциях из пластмасс приводят к ошибкам определения ТН в опасную сторону, о чем свидетельствуют случаи разрушения защитного слоя бипластмассовых конструкций и требуют учета отмеченных особенностей формирования ТН при циклах нагрева-охлаждения. Для уточнения инженерных методов расчета необходимо модифицировать существующие методы описания работы по -28 лимерного материала при нестационарном по температуре нагружении с учетом проявления памяти на термомеханическое воздействие для чего целесообразно использовать численные методы.

Экспериментальное исследование деформационных свойств материала защитного слоя оболочки

Таким образом, сравнение результатов расчета и эксперимента свидетельствует б том, что предложенная модель и разработанный алгоритм расчета позволяют с достаточной точностью описывать изменение ТН с учетом температурно-временнои зависимости свойств и податливости основания при различных программах теплового воздействия.

Исследовано численным методом проявление механических эффектов, связанных с влиянием скорости изменения температурного поля, а также явлений образования вынужденно-эластических деформаций при охлаждении и их высвобождение при нагреве.

В результате проведенных экспериментов установлено, что при циклическом тепловом воздействии происходит постепенное накопление оста -68 точных напряжений (см. рис. 3.15), что вызвано протекающими в материале реологическими процессами. С каждым последующим циклом приращение остаточных напряжений уменьшается из-за затухания этих процессов. Со временем процесс накопления остаточных напряжений останавливается. С уменьшением степени стесненности деформаций уровень остаточных напряжений снижается, при этом время до момента затухания процесса накопления остаточных напряжений увеличивается, не оказывая существенного влияния на конечный уровень напряжений. При увеличении податливости упругого элемента установки негативное проявление реологических процессов в образце выражается в меньшей степени, т.е. процесс стабилизации напряжений происходит с меньшей скоростью, но при этом напряжения не релаксируют до нуля на этапе нагрева.

Аналогичным образом на конечный уровень остаточных напряжений влияют разнообразные программы теплового воздействия, приближая или замедляя время приближения к максимальному значению ТН.

На рис. 3.18 показано, что расчет без учета реологических процессов, учитывающий только температурную зависимость модуля упругости, дает заниженное значение конечных при охлаждении ТН. После первого цикла изменения этих напряжений не происходит. Процессы релаксации и ползучести на первый взгляд должны приводить к уменьшению напряжений. При циклическом температурном воздействии, напротив, наблюдается рост растягивающих ТН. Это связано с тем, что реологические процессы значительно ускоряются с ростом температуры на этапах нагрева, и здесь действительно наблюдается значительное снижение ТН сжатия. Как видно из результатов экспериментов (см. рис. 3.15) именно этот факт приводит к росту растягивающих напряжений, так как графики изменения напряжений при разных циклах воздействия практически параллельны друг другу. Релаксационные процессы при охлаждении также снижают уровень растягивающих напряжений, но в гораздо меньшей степени чем при нагреве.

Физическая сущность наблюдаемого явления заключается в увеличении деформации сжатия в вязко-упругих частях элементов модели. Образец за счет этого как бы укорачивается, что и обуславливает рост растягивающих напряжений при охлаждении. Теоретически возможно полное снятие накопленных при нагреве вязко-упругих деформаций сжатия, поскольку при растяжении этот процесс должен протекать скорее, так как упругие по-дэлементы модели начинают работать в одном направлении. В этом случае процесс стабилизируется и при последующих циклах рост растягивающих напряжений прекращается. В отключаемых на этапе нагрева элементах также происходит накопление вязко-упругих деформаций сжатия, которые не

Характер изменения ТН в образце (НПВХ) при нестационарном тепловом воздействии (расчетные данные) маций сжатия. Анализ данных показывает, что влияние реологических свойств на напряженное состояние конструкции велико и погрешность методов расчета, не учитывающих этих особенностей, может достигать 2... 5-кратной величины в опасную сторону.

Влияние реологических процессов в отключаемых на этапах нагрева подэлементах для выбранных материалов защитного слоя и программ теплового воздействия незначительно. Однако их учет позволяет ря 5... 10% увеличить точность определения ТН. Для других материалов и программ теплового воздействия влияние этого процесса может быть более значительным.

Применительно к конструкциям обеспечение условий для наиболее полного снятия накопленных вязкоупругих деформаций - важное условие стабилизации напряжений. Для используемых в настоящее время материалов защитного слоя (см. табл. 1.1) возможности стабилизации накопления остаточных напряжений путем только соответствующего теплового воздействия весьма ограничены, т.к. в реальных условиях такие программы осуществить очень сложно.

Например, путем очень медленного охлаждения в интервале температур, при которых ТН на этапе охлаждения становятся равными нулю и только начинают появляться растягивающие напряжения. В этом случае создаются условия для уменьшения накопленных на этапе нагрева вязко-упругих деформаций сжатия. Поэтому актуальным направлением для снижения остаточных напряжений являются разработки соответствующих конструктивно-технологических решений, обеспечивающих в частности уменьшение стесненности тепловых деформаций.

1. Предложенная модель позволяет физически наглядно и с достаточной точностью описывать процесс формирования температурных напряжений в защитном слое оболочек при различных программах теплового воздействия. В отличие от известных предложенная методика построения модели и идентификации ее параметров базируются на стандартных испытаниях, проста в реализации и пригодна для использования в инженерной практике.

2. Экспериментальная проверка модели формирования температурных напряжений в защитном слое из НПВХ показала, что погрешность определения температурных напряжений при различных программах теплового воздействия не превышает 14 % , а характер их изменения во времени, в зависимости от скоростных параметров нагрева и охлаждения, от степени стесненности тепловых деформаций во всем возможном при эксплуатации диапазоне температур удовлетворительно соответствует расчету.

3. На примере НПВХ аналитически получено и экспериментально доказано, что проявление реологических свойств при нестационарном тепловом воздействии в условиях стесненности тепловых деформаций приводят к

-71 постепенному росту опасных растягивающих температурных напряжений и это необходимо учитывать при расчетах. Погрешность упругого расчета может достигать 2... 5-кратной величины в опасную сторону.

4. При наиболее распространенных температурных условиях эксплуатации конструкций определяющее на величину температурных напряжений значение имеют максимально возможная в процессе эксплуатации температура и степень стесненности тепловых деформаций, а существенно снизить величину температурных напряжений (до 5 раз) возможно за счет уменьшения степени стесненности тепловых деформаций. Характер температурно-временной зависимости деформационных свойств, скоростные параметры и периодичность нагрева и охлаждения, как правило, только ускоряют или замедляют время приближения к максимальному значению температурных напряжений.

Оценка эффективности применения в конструкциях упругоподатливой прослойки

Торцы оболочки наматываются сплошного сечения, без пенопласта, поверхность соединения стеклопластика с пенопластом получается развитой, особенно если укладка пенопласта производится за несколько проходов.

Показанная на рис. 5.6 технологическая схема может быть применена не только для введения-легкого пенопластового заполнителя, но и в целях простой экономии стеклоткани. В этом случае в бункер загружается дешевый заполнитель (например песок), который пропитывается связующим, нанесенным на ткань, и оберпечивает набор толщины стенки оболочки.

Дополнительное снижение уровня ТН в защитном слое бипластмассо-вой оболочки можно обеспечить за счет уменьшения толщины, модуля упругости и увеличения КЛТР материала внутренней обшивки силового слоя, выполняя его, например из органопластика, у которого физические характеристики одного порядка с характеристиками защитного слоя.

5.2. Практическое использование результатов

Предложенное конструктивно-технологическое решение бипласмас-совых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке реализовано при реконструкции вентиляционных башен-труб Братского алюминиевого завода (4 трубы диаметром 2 м, высотой 80 м) и Чепецкого механического завода (1 труба диаметром 3 м, высотой 120 м).

Трубы запроектированы и изготовлены сборными из отдельных царг длиной от 6 до Юм. Соединение царг между собой раструбного типа. Каждая царга подвешивается к несущим конструкциям площадок башен. Монтаж царг выполняется методом подращивания (рис. 5.7).

Стенки царг состоят из внутреннего защитного слоя толщиной 3 мм и силового слоя суммарной толщиной 50 мм. Силовая оболочка выполнена в трехслойном варианте со стеклопластиковыми обшивками толщиной 5 мм и средним слоем из пенополиуретана толщиной 40 мм. Обшивки дополнительно связаны между собой кольцевыми Z-образными ребрами жесткости, расположенными с шагом 0,5 м по длине оболочки.

Разработанный техпроцесс изготовления оболочек заключается в изготовлении на оправке защитного слоя, намотке на него заданного количества слоев предварительно пропитанной связующим стеклоткани, после чего производится формование среднего слоя путем вматывания предварительно отформованных скорлуп из пенополиуретана, поверх которых наматывается наружная обшивка. Таким образом изготовление предложенных конструкций отличается от изготовления бипластмассовых только тем, что при формовании силового слоя производится вматывание пенополиурета-новых скорлуп. При этом до 2 раз сокращается время изготовления силового слоя за счет уменьшения суммарной толщины стеклопластиковых обшивок по сравнению с толщиной силового слоя в традиционном исполнении. Ширина полотна наматываемой ткани 1 м при ширине вматываемых скорлуп 0,5 м. За счет этого между соседними по длине вматываемыми скорлу -96 пами естественным образом получаются кольцевые ребра жесткости, связывающие обшивки.

Плотное прилегание ткани в процессе вматывания скорлуп обеспечивается драпировочными свойствами ткани. Z-образный профиль получают за счет скосов боковых поверхностей скорлуп.

Подвесной ствол вентиляционной трубы Н=120 м, D=l,8 ОАО «ЧМЗ» с трехслойной структурой стенки силового слоя

Предложения по уточнению инженерного метода расчета температурных напряжений в защитном слое

Анализ существующих инженерных методов расчета ТН и результаты настоящей работы показывают, что применительно к бипластмассовым конструкциям с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке существующие инженерные методы расчета требуют уточнения в части:

- совместного рассмотрения всех возможных при эксплуатации процессов нагрева-охлаждения; - учета податливости в поперечном направлении низкомодульной прослойки в силовой оболочке; - учета температурно-временной зависимости деформационных свойств материала защитного слоя и особенностей их проявления при не стационарных тепловых воздействиях.

Среди нестационарных режимов работы следует рассмотреть переходные процессы со снижением температуры: вынос оболочек из цеха по изготовлению за его пределы в холодное время года и аварийные остановки техпроцесса, в качестве каковых рассмотрим прекращение подачи нагретого газа для газоходов в зимнее время. Указанные условия характеризуются переменностью теплового поля во времени и вызванной им изменчивостью свойств материала.

В методике [82] получены зависимости на основе решения линейных уравнений равновесия трехслойных цилиндрических оболочек при допущении деформирования пакета слоев по закону ломаной линии. Часть зависимостей выведена на основе решения приближенного уравнения равновесия трехслойной цилиндрической оболочки, которое получено в предположении отсутствия сближения слоев и взаимного влияния перемещений по касательной к серединной поверхности несущих слоев (внутренняя и наружная обшивки силового слоя рассматриваемых конструкций) и прогибов оболочки по нормали. Подобное допущение позволяет получить простые зависимости для расчета НДС оболочки, но при этом не учитывается податливость прослойки.

Предложенная модель оболочки (см. гл. 3) и разработанный алгоритм расчета позволяют с достаточной точностью описывать изменение ТН с учетом температурно-временной зависимости свойств и податливости основания при различных программах теплового воздействия. Экспериментально подтверждены факты возникновения в материале защитного слоя, свойства которого зависят от температуры, в конце циклов нагрев-охлаждение высоких растягивающих остаточных напряжений и их увеличение с каждым новым циклом.

Игнорирование этих фактов при проектировании конструкций приводит к занижению расчетной величины растягивающих ТН, что подтверждается отказами при эксплуатации конструкций, запроектированных в рамках существующих инженерных подходов.

Инженерные методики [38, 87] предписывают выполнять расчет при крайних (максимально и минимально возможных) температурах, в которых температурные напряжения рассматривается отдельно либо при нагреве, либо при охлаждении (см. п. 1.3).

Предлагаемый метод расчета сохраняет форму известных инженерных методов и позволяет определить максимально возможные за период эксплуатации ТН. Для этого начальное значение температуры То, при которой напряжения в конструкции считаются нулевыми, предлагается заменить на значение Тх, при которой ТН в конце последнего за период эксплуатации цикла становятся равными нулю. Температура Тхв общем случае зависит от программы теплового воздействия и температурно-временной зависимости свойств полимерного материала. Зная Тх, достаточно произвести расчет конструкции на охлаждение в упругой постановке по методике [87] принимая, что То=Тх.

В случае простых программ теплового воздействия, характерных для широкого круга конструкций (технологические трубопроводы, бипластмас-совые стволы вытяжных и вентиляционных труб), состоящих из повторяющихся циклов: сравнительно быстрый подъем температуры (запуск) - длительная выдержка при этой температуре (эксплуатация) - сравнительно быстрое охлаждение (остановка), возможен упрощенный подход к определению ТН, заключающийся в следующем.

Похожие диссертации на Температурные напряжения в защитном слое бипластмассовых конструкций с упругоподатливой прослойкой в силовой оболочке