Остаточные напряжения в затвердевающих полимерных изделиях

• Автор: Шадрин, Олег Александрович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1986
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Содержание

Введение
1. Остаточные напряжения в полимерах (литературный обзор) .
1.1. Классификация остаточных напряжений
1.2. Причины, приводящие к возникновению остаточных напряжений в полимерных изделиях
1.3. Экспериментальные методы определения остаточных напряжений
1.4. Теоретические модели формирования остаточных напряжений в полимерах
1.5. Способы снижения остаточных напряжений в полимерных
изделиях
йтоды по главе
2. Моделирование остаточных напряжений в затвердевающих полимерных изделиях
2.1. Постановка задачи
2.2. Конечно-элементная реализация задачи в цилиндрических изделиях
2.3. Расчет остаточных напряжений в цилиндрических изделиях из капролона и полиэтилена
2.3.1. Физико-механические параметры материалов . .
2.3.2. Краевые условия
2.3.3. Численная реализация поставленной задачи . .
2.4. Экспериментальное исследование остаточных напряжений в длинном цилиндре из капролона
2.4.1. Метод разрезания колец
2.4.2. Определение остаточных напряжений в сплошном цилиндре из капролона
2.5. Расчет рациональных режимов получения изделий из
капролона с целью уменьшения уровня остаточных
напряжений
2.5Л. Влияние начальной температурі расплава полимера и скорости охлаждения
2.5.2. Исследование влияния сложных режимов охлаждения на уровень остаточных напряжений
Выводы по главе
3. Определение пространственно-временного распределения температуры и степени превращения в процессе формирования полимерного материала
3.1. Постановка связанной задачи теплопроводности. .
3.2. Численная реализация задачи методом конечных элементов
Выводы по главе
4. Оценка прочности цилиндрических изделий из капролона при воздействии на них силовых полей с учетом остаточных напряжений
4.1. Влияние механической обработки на перераспределение остаточных напряжений
4.2. Определение долговечности полых цилиндрических изделий из капролона под действием внутреннего давления о учетом остаточных напряжений
йівода по главе
Заключение
Литература
Приложение
БВЕЩЕНИВ
Широкое применение в народном хозяйстве изделий из полимерных материалов выдвигает на первый план развитие прогрессивной, экономичной технологии их получения, с учетом конкретной применимости того или иного вида изделий в машинах и аппаратах, работающих при заданных температурных и силовых режимах. В настоящее время требуются такие изделия из полимеров, физико-механические свойства которых могут быть наперед заданными, либо эти свойства должны быть достаточно точно определены в процессе получения таких изделий. Эти требования вызваны условиями эксплуатации готовой конструкции или детали, когда на нее накладываются внешние поля температур и нагрузок, которые в совокупности с комплексом физико-механических свойств самого изделия могут привести к недопустимым формоизменениям и даже разрушению этого изделия.
Для достаточно широкого круга изделий из полимерных материалов наиболее важным, с точки зрения надежности и работоспособности, являются остаточные напряжения, то есть такие напряжения, которые существуют в изделии при отсутствии внешних воздействий. Остаточные или внутренние напряжения в изделиях из полимерных материалов возникают в процессе формирования самого полимерного материала. Их уровень и распределение по объему изделия во многом определяется процессом образования полимера на стадиях полимеризации, кристаллизации и последующего охлаждения готового изделия. Таким образом, для оценки уровня распределения остаточных напряжений и, в конечном итоге, надежности готового полимерного изделия необходимо учитывать весь комплекс изменения структуры материала, а следовательно, и физико-механических свойств во взаимодействии с тем-
основаны на упрощенных феноменологических подходах.
Целью настоящей работы является моделирование процесса получения изделий из кристаллизующихся (затвердевающих) полимерных материалов, сопровождающего этот процесс напряженно-деформированного состояния и, в конечном счете, формирования остаточных напряжений в готовом изделии. Особенностью изучаемых материалов является наличие двустадийного процесса /32, 33 , 41-43/. Первая стадия - это полимеризация материала из расплава мономера, когда происходит формирование полимерных цепей, и материал представляет собой по окончании этой стадии расплав полимера. Вторая стадия - это кристаллизация (затвердевание) образовавшегося полимерного расплава. Оба процесса протекают при значительных тепловыделениях и высоких скоростях превращений. Все это наряду с низкой теплопроводностью материала приводит к возникновению существенно неоднородного поля температур и превращений по объему изделия. Возникающая деформационная неоднородность затвердевающего полимера за счет температурных градиентов и превращений, осложненная влиянием химической усадки, приводит к возникновению значительных остаточных напряжений в готовом изделии /33, 43/.
2. I. Постановка задачи
Для описания процесса формирования остаточных напряжений в полимерных изделиях, получаемых методом химформования, применим феноменологический подход. Поскольку материал в процессе своего формирования проходит стадии расплава, затвердевания и полностью затвердевшего продукта, будем рассматривать его как двухкомпонентную систему, преобразующуюся от расплавленного состояния к твердому. Принимаем следующие допущения и вредно-