Разработка уточненного метода расчета композитных упругих элементов на стадии проектирования : на примере листовых рессор

• Автор: Татусь, Николай Алексеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Введение
ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Основные эффекты применения КМ в объектах машиностроения
I Л. Общая таблица эффектов и объектов. Банк знаний «Инженерная механика
композитов»
1.2. Примеры применения КМ в различных отраслях
1.3. Упругие элементы из КМ: рессора, лук, торсион
Глава 2. Рациональное проектирование профилированных однолисювых рессор
2.1. Инженерный подход к расчету рессор
2.2. Степенные законы изменения геометрии
2.3. Общий случай построения упругой линии
2.4. Общин коэффициент снижения массы
2.5. Влияние прямоугольных концевых участков на коэффициент формы
Глава 3. Учет влияния разориентащш волокон на упругие свойства
профилированных рессор
3.1. Основы теории анизотропной упругости
3.2. Методы усреднения модуля упругости для разориентированных волокон
3.3. Расчет прогиба балки с переменным по длине модулем упругости. Сравнение с
инженерным подходом
Глава 4. Механизмы н критерии разрушения волокнистых композитов при
различных видах нагружения
4.1. Два критерия прочности для однонаправленного и ортогонально армированного
композита. Оптимальный угол малой разориентации
4.2. Силовой критерий расслоения при изгибе
4.3. Силовой критерий расслоения при кручении
4.4. Энергетическое условие расслоения при изгибе
4.5. Энергетическое условие расслоения при кручении
4.6. Энергетическое условие расслоения при совместном действии изгиба и кручения
4.7. Схема проверки прочности рессоры по разным критериям
Глава 5. Экспериментально-технологические проблемы создания
стеклопластиковых рессор
5.1. Длительная релаксация рессоры
5.2. Испытания на ползучесть
5.3.Технологня создания балки с постоянной площадью поперечного сечения
5.4. Оправка с изменяемой геометрией
5.5. Проблемы крепления композитных деталей
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А. Пример проектного расчета поперечной рессоры для вездехода
Приложение Б. Проект комбинированной балки-рессоры из стеклопластика
Приложение В. Расчет и испытания модели упругого трубчатого элемента “стопер-пружины”

ВВЕДЕНИЕ
Композиционные материалы (КМ) перестали быть материалами будущего — они настоящее. Нет ни одной области техники и не только техники (наравне с машиностроением композиты применяются также в строительстве, медицине, для изготовления спортинвентаря, и т.д.), где не нашлось применения для волокнистых композиционных материалов. Наиболее широко композиты применяются для изготовления панелей, оболочек, деталей каркаса различных конструкций, то есть в элементах, не несущих значимую нагрузку. При использовании КМ в силовых деталях перед инженером-проектировщиком сразу возникает ряд вопросов: о методах расчета и испытаний, о технологии изготовления и методах крепления, решить которые традиционными «металлическими» способами не представляется возможным.
Стоимость производства детали из КМ (на настоящем производственном этапе) выше стоимости металлического аналога, поэтому эффективность применения композитов может быть достигнута решением некой принципиальной технической задачи: упрощение конструкции, снижение габаритов упругого элемента, обеспечение нехрупкости изделия и т.п.
Создание детали одновременно с материалом — вот основное преимущество волокнистых композитов (угле-, стекло-, боро-, органопластики) перед традиционными конструкционными материалами (учиться у живой природы - главный лозунг инженера-композитчика). Пока это правило применимо в большей степени для изделий простой формы: композитные трубы различного назначения, стержни, балки: материал-изделие изначально формуется для лучшего сопротивления заданным нагрузкам, и наибольшая прочность закладывается по линиям наибольших напряжений.

Следует отметить основные особенности проектирования изделий из волокнистых композитов, и задел, созданный в этой области отечественными и зарубежными учеными:
Широкие возможности варьирования геометрическими размерами элемента конструкции при изготовлении. При производстве деталей из КМ не нужно сложных и тяжелых штампов, оправок, дробеструйных обработок и т.д. Технологические особенности изготовления деталей из композиционных материалов показаны в работах Цыплакова О.Г.[71], Буланова И.М., Воробья В.В. [12].
Современная технология позволяет создавать из волокнистых КМ балки (рессоры) различного сечения и формы, что открывает новые возможности при проектировании силовых элементов конструкций. Проектированием композитных силовых элементов занимались Анин Б.Д. [2], Гордон Дж. [19], Непершин Р.И. [30], Парцевский В.В. [34].
Касательные напряжения в металлических рессорах практически не учитываются - незачем, но проведенные эксперименты на рессорах из КМ показывают, что для них наиболее вероятно именно расслоение или расщепление, то есть разрушение от касательных напряжений. Работы по расчету упруго-прочностных характеристик и по критериям прочности волокнистых композитов велись Алфутовым Н.А.[3], Ашкенази Е.К.[4], Баженовым С.Л.[7], Болотиным В.В. [11], Васильевым В.В. [14, 15],
Георгиевским В.П. [17], Немировским Ю.В. [28, 29], Полиловым А.Н. [37, 40, 47], Савиным Г.Н. [59], Тарнопольским Ю.М. [24] и другими авторами.
Технология изготовления элементов из КМ неразрывно связана с условиями эксплуатации. Мы создаём не из материала конструкцию, не подбираем материал для конструкции в справочниках, а создаём и конструкцию, и материал одновременно, то есть свойства материала создаваемого элемента должны наиболее полно удовлетворять условиям работы. В частности для рессор мы должны не только удовлетворить условию прочности вдоль рессоры, но и обеспечить достаточную прочность

Найдем толщину из условия равнонапряженности:
В отличие от толщины круговой балки с постоянной площадью поперечного сечения, эта толшина на конце придёт в ноль, как и положено для равнопрочных балок.
Вообще, для произвольной балки изменение ширины можно представить в виде:
где/(х) - произвольная функция.
Одновременное выполнение условий постоянства площади поперечного сечения и равнонапряженности:
(2.8)

б-Р-(І-х)
откуда функция /(Ст):
при подстановке в (2.8) найдётся Ь{х):

(2.9)
и толшина И(х):