Прогнозирование прочностных свойств стекло- и базальтопластиковых стержней на основе полимерных матриц из эпоксидных компаундов

• Автор: Савин, Владимир Федорович
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Ш1ФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОБЛЕМ ПРОГНОЗИРОВ АИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПКМ

1.1 Связь механических свойств стержней из ПКМ с рецептурным составом.

1.2 Длительная прочность и статическая выносливость изделий

1.3 Выносливость и усталостная прочность полимерных материалов

1.4 Проблемы испытания и прогнозирования статическая выносливость изделий

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Характеристика объектов исследования и испытаний

2.1.1 Объект и предметы исследований.

2.1.2 Образцы для испытаний

2.1.3 Состав и структура стержней из ПКМ.
2.1.4 Армирующие материалы для ПКМ.
2.1.5 Полимерная матрица.
2.1.6 Технология изготовления стержней из ПКМ
2.1.7 Применение, и основные свойства стержней из ПКМ
2.1.8 Общие свойства стержней, выпускаемых ООО БЗС .
2.2. Основные методы испытаний
2.2.1 Особенности испытаний стержневых изделий круглого сечения
2.2.2 Определение механических характеристик по результатам испытаний стержней на продольный изгиб.
2.2.3 Метод испытания длительной прочности стержней из ПКМ
2.2.4 Методика постановки эксперимента и построения силовых зависимостей статической выносливости
2.2.5 Метод исследования усталостной прочности стержней из ПКМ
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ
ПРОЧНОСТИ СТЕРЖНЕЙ ИЗ ПКМ ОТ УСЛОВИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, ПРИМЕНЕНИЯ И НАГРУЖЕНИЯ ИХ ПРИ
ЭКСПЛУАТАЦИИ.
3.1 Алгоритм прогнозирования долговечности стержней
3.2 Оценка прочностного потенциала стержней
3.3 Факторы, ведущие к деградации прочностного потенциала стержней.
3.4 Теоретическое и экспериментальное исследование влияния условий изготовления и применения стержней на степень деградации прочностного потенциала ПКМ, поиск закономерностей и констант.
3.4.1 Анализ результатов определения модуля упругости и показателей временной прочности стеклопластиковых стержней.
3.4.2 Исследование масштабного эффекта.
3.4.3 Исследование влияния на прочность стержней случайных колебаний в технологических параметрах режимов изготовления их.
3.4.4 Исследование влияния температуры на прочность стержней из композитных материалов.
3.4.5 Исследование прочности скрепления композитных стержней с наконечниками
3.4.6 Экспериментальнотеоретическое исследование длительной прочности стеклопластиковых стержней.
3.4.6.1 Теоретические основы исследования.
3.4.6.2 Результаты испытаний статической выносливости стеклопластиковых стержней и их анализ
3.4.6.3 Трактовка физического смысла параметра у в формуле Журкова
3.4.7 Экспериментальнотеоретическое исследование усталостной прочности стержней.
3.4.7.1 Гипотеза о мехаиофлуктуационном накоплении повреждений
3.4.7.2 Экспериментальное исследование усталостной прочности.
4 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ДОПУСКАЕМЫХ НАГРУЗОК С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТЕРЖНЕЙ ИЗ ПКМ
4.1 Выражения для прогнозирования.
4.2 Сравнение результатов расчета предельно допускаемых значений напряжений с результатами контрольных испытаний
4.3 Выводы по разделу 4
4.4 Заключительные замечания .
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Первым шагом в прогнозировании механических характеристик ПКМ может стать установление связи между механическими характеристиками композита и механическими характеристиками составляющих его компонентов и определение прочностного потенциала композита. Методологические принципы определения механических характеристик ПКМ не отличаются от принципов исследования других твердых тел, хотя и имеют некоторые особенности . Основы изучения прочности стержней, как цилиндрических тел были заложены еще со времен Эйлера и развиваются до настоящего времени . Теория композиционных материалов КМ была заложена в работах В. Фойгта. Он предложил вычислять параметры свойств КМ путем осреднения соответствующих их параметров. Позднее А. Рейс применительно к поликристаллам предложил усреднять составляющие обратного тензора поля напряжений. Исходя из соображений энергетического характера Р. КМ метод Фойгта дает оценку сверху, а метод Рейса снизу. В последующие годы был предпринят ряд попыток получить более узкие оценки для упругих характеристик КМ. К ним относятся работы Б. Пауля, С. Цай, 3 Хашина и Б. Розена, Р. Хилла, Т. Ву и др. В.В. Болотиным для построения теории армированных сред был предложен метод предельного перехода. Эта теория легко распространяется на стержни , . Большой вклад в исследование деформационных характеристик КМ внесли работы Ф. Бера, В. Л. Бидермана, Г. И. Брызгалина, А. Г. Диеца, Н. И. Малинина, Г. Нидерштадта, Ю. М. Тарнопольского с учениками . Зависимости для определения деформационных характеристик стержней из ПКМ получены в перечисленных работах различными методами. Несмотря на разнообразие методов расчета результаты их показывают, что для стержней аксиально армированных ПКМ величина модуля упругости в направлении армирования Е1 и коэффициента Пуассона ч2 не значительно изменяются в зависимости от метода расчета . Теоретические методы предсказания механических характеристик стержней из ПКМ при растяжении, сжатии и изгибе приводятся во многих работах . Е модуль упругости композита Ем модуль упругости полимерной матрицы Ед модуль упругости армирующих волокон рл объемное содержание армирующих волокон в композите. Е 1фЛЕм фл Еа
Фл хд1хлл. Ад, 1хыхГрлд,
1. ХЛ1Хм, Хм1Хл массовое содержание армирующего волокна и полимерной матрицы, соответственно. Термином длительная прочность в настоящей работе обозначается постоянное по величине напряжение или нагрузка, вызывающие разрушение к моменту окончания заданного интервала времени. Он характеризует способность образцов или изделий длительно сопротивляться воздействию не изменяющейся нагрузки. Термином статическая выносливость обозначается интервал времени с момента приложения нагрузки до момента разрушения нагруженного образца или изделия, зависящий от значения приложенной длительно действующей, не изменяющейся по величине нагрузки. В настоящей работе в отдельных случаях, в соответствии с контекстом, используется и этот термин. В ходе исследования процессов разрушения твердых тел сложилось два подхода к объяснению этого сложного явления . Один из них теория разрушения ГриффитсаИрвина рассматривает разрушение, как прорастание макротрещины из наиболее опасного дефекта через неповрежденный материал. Она приводит к линейной механике разрушения. Эта теория, созданная для однофазных материалов, не всегда применима к ПКМ, проявляющим неоднородность на масштабном уровне, сравнимом с размерами трещины, поскольку предполагает ее прямолинейное распространение. Второе современное направление связанно с такими понятиями, как накопление повреждений длительная прочность статическая выносливость и т. Силовая зависимость статической выносливости зависимость времени т до разрушения от приложенной постоянной по величине нагрузки, характеризуемой напряжением стт была четко установлена на силикатных стеклах , , . Ваь, 1. В и Ь эмпирические константы. Систематические исследования разрушения в условиях статического нагружения, проведенные зарубежными и отечественными учеными, привели к господству кинетических представлений о прочности материалов. Развивается новый раздел механики твердых тел кинетическая механике разрушения. Результаты работы в этом направлении изложены в ряде основополагающих статей , , , , 0 и обобщены в монографиях , .