Экспериментально-расчетное исследование резинокордного патрубка-задвижки

• Автор: Трибельский, Михаил Иосифович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Конструкции задвижек для перекрытия трубопроводов, существующие методы теоретического и экспериментального исследования
резин и резинокордных оболочек
1.1. Обзор и сравнительный анализ конструкций задвижек
для перекрытия трубопроводов
1.1.1. Классификация задвижек
1.1.2. Типовые конструкции задвижек и их краткая характеристика
1.1.3. Задвижки с эластичным рабочим элементом (шланговые)
1.2. Новое конструктивное решение задвижки с эластичным рабочим элементом: резинокордный патрубок-задвижка
1.3. Обзор существующих методов теоретического и экспериментального исследования резин и резинокордных оболочек
1.3.1. Общее описание упругих свойств резины
1.3.2. Основные положения нелинейной теории упругости
1.3.3. Упругие потенциалы
1.3.4. Методы экспериментального исследования свойств резины
1.3.5. Общие подходы в теории оболочек
1.3.6. Критерии статической и усталостной прочности
1.4. Выводы, постановка задач исследования
2. Экспериментальные исследования резинокордного патрубка
на усталостную выносливость
2.1. Описание экспериментального стенда
2.2. Методика проведения испытаний
2.3. Результаты экспериментального исследования
2.4. Выводы
3. Экспериментальные исследования резинокордного патрубка
на статическую прочность
3.1. Описание экспериментального стенда
3.2. Методика проведения испытаний и обработки экспериментальных данных
3.2.1. Определение приведенной массы подвижных частей
3.2.2. Определение распорной силы и осевой жёсткости РКП
при нулевом избыточном давлении
3.2.3. Определение распорной силы и осевой жёсткости РКП
при рабочем избыточном давлении
3.2.4. Зависимость распорной силы и размеров РКП от избыточного давления
3.2.5. Зависимость размеров РКП от избыточного давления
при нагружении постоянной силой
3.3. Статические испытания РКП со свободными заглушенными торцами
3.4. Испытания на разрушение
3.5. Выводы

4. Математическое моделирование резинокордного патрубка
по теории сетчатых оболочек вращения с растяжимыми нитями
4.1. Математическая модель сетчатой оболочки вращения
4.1.1. Уравнения равновесия
4.1.2. Определяющие соотношения
4.1.3. Геометрические уравнения
4.2. Полная система уравнений
4.2.1. Пространственный (эйлеров) метод описания
4.2.2. Материальный (лагранжев) метод описания
4.3. Численное решение полной системы уравнений
4.3.1. Механические характеристики нитей корда
4.3.2. Формулировка граничных условий и методы численного решения
4.3.3. Результаты численного решения и их сравнительный анализ
4.4. Точное аналитическое решение полной системы уравнений
для РКП с нерастяжимыми нитями
4.5. Приближённое аналитическое решение полной системы уравнений
для РКП с растяжимыми нитями
4.5.1. Линеаризация полной системы уравнений
4.5.2. Интегрирование системы линеаризованных дифференциальных уравнений
4.5.3. Сравнение результатов численного и аналитического решений
4.5.4. Внесение поправок, повышающих точность аналитического решения
4.6. Вопросы оптимального проектирования РКП
4.7. Выводы
5. Сравнительный анализ результатов теоретического и экспериментального исследования резинокордного патрубка
5.1. Аналитические зависимости для РКП с растяжимыми нитями
5.1.1. Случай нагружения РКП внутренним давлением
при заданном смещении торцов
5.1.2. Случай нагружения РКП внутренним давлением
при заданном усилии на торцах
5.1.3. Расчётные зависимости для распорной силы и наибольшего усилия
в нитях корда
5.2. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов
5.2.1. Осевая жёсткость РКП при нулевом избыточном давлении
5.2.2. Распорная сила и осевая жесткость РКП при рабочем избыточном давлении
5.2.3. Зависимость распорной силы и размеров РКП от избыточного давления
5.2.4. Зависимость размеров РКП от избыточного давления
при нагружении постоянной силой
5.2.5. Зависимость размеров РКП со свободными заглушенными торцами
5.2.6. Давление разрушения РКП
5.3. Выводы
Основные результаты и общие выводы
Литература

Приложение А. Конструкция и типоразмеры резинокордного патрубка
Приложение Б. Экпериментальные данные статических испытаний
резинокордного патрубка
Б. 1. Тарировка динамометра
Б.2. Тарировка преобразователя давления «Сапфир»
Б.З. Испытания по определению приведённого веса подвижных частей
Б.4. Испытания по определению осевой жёсткости РКП
при нулевом избыточном давлении
Б.5. Испытания по определению осевой жёсткости РКП
при рабочем избыточном давлении
Б.6. Испытания по определению зависимости распирающей силы и размеров РКП
от избыточного давления
Б.7. Испытания по определению зависимости размеров РКП от избыточного давления
при нагружении постоянной силой
Б.8. Испытания по определению зависимости размеров РКП со свободными торцами
от избыточного давления
Приложение В. Результаты численного решения
и приближённого аналитического решения
В.1. Первое приближение по давлению
В.2. Второе приближение по давлению
В.З. Данные по выбору оптимального угла закроя корда
Приложение Г. Сведения об использовании материалов работы

ние определённого времени и в заданных условиях механических напряжений и деформаций, а также других сопутствующих немеханических факторов.
Усталостная выносливость определяется числом циклов N до разрушения резинового образца в условиях циклического нагружения (при одноосном растяжении-сжатии, двуосном растяжении, кручении и т.п.). Она снижается с увеличением циклической деформации е, напряжения а и удельной энергии деформации Ж. Зависимости N от е, ст и IV, имеющие вид кривых типа Велера, обычно представляются в логарифмических координатах ^Лг -(1§е, 1§а, ^У). Из перечисленных зависимостей усталостной выносливости от параметров механического воздействия предпочтение отдаётся зависимости gN-gW, что объясняется тем, что энергия деформации является таким параметром, который характеризует как величину внешнего воздействия, так и отклика материала на это воздействие.
В настоящее время энергия деформации является наиболее точным критерием усталостной выносливости для материалов с нелинейной зависимостью напряжения от деформации о(а) и при утомлении в условиях сложного напряжённого состояния. Для нелинейных кривых с(е) зависимости могут быть линейные, при этом зависимости ]£/У(^е) и
^Л'(^а') будут всегда нелинейные.
Зависимости усталостной прочности (или усталостной выносливости) от значений параметров утомления, как правило, описываются степенными уравнениями вида [ 11, 46, 47]
Здесь ер, 0р, 1Кр - значения параметров утомления при однократном нагружении, когда У0 = 1; 8, ст, У - значения параметров утомления (постоянные величины), при которых выносливость равна N циклов; р£, рст, рж - коэффициенты, характеризующие зависимость усталостной выносливости от значения параметров механического воздействия.
В случае линейных экспериментальных зависимостей -{, %а, %У) коэффициенты РЕ, Рст, рцг уравнений (1.2.74)-(1.2.76) принимают постоянное значение. Если же зависимости 1рА' - (%е, ^ст, 1§И/) нелинейные, то тогда указанные коэффициенты являются материальными функциями Ре(е), Ра(о), Р№,(ж). Это обуславливается как нелинейностью зависимости а(е), так и возрастанием значимости химических факторов усталости с уменьшением механического воздействия, резким спадом разрушаемое в области небольших деформаций и ориентационным упрочнением резин при статическом растяжении. При количественной характеристике перечисленных факторов предпочтение отдаётся (1.2.76), а для описания зависимости Рд, (IV) используется следующее уравнение регрессии [11]:
Здесь Рд, - начальный коэффициент усталостной выносливости, определяемый по экспериментальным данным
характеризующий вырождение разрушаемое или наступление условного предела усталости и вычисляемый по формуле
(1.2.74)
(1.2.75)
(1.2.76)
Р „ =^с±{цЖ/Жр)+^{цЖ/Жр).
(1.2.77)
(1.2.78)
при значении N в пределах от 1 до 104 циклов; г) - коэффициент разрушаемое материала,
Л = 2Гр/1Гп,
(1.2.79)