К ТЕОРИИ ДЕФОРМАЦИ ХАОТИЧЕСКИ АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глущенков В. С.

Самарский государственный университет

Методами механики случайно-неоднородных сред исследуются упругопластические свойства композиционных материалов, образованных связующей матрицей и хаотически распределенных в ней включений различных материалов. Каждый материал включений представлен в виде фракций, имеющих

индексы материалов включений, к - индексы фракций.

Исходные локальные уравнения упругопластического деформирования запишем в виде:

деформаций. Присоединим к реологическим соотношениям (1) уравнения равновесия o’ijJ= 0 и формул Коши 2 =uf -+U; !9 связывающих компоненты тензора деформаций с компонентами вектора

перемещений, получим замкнутую систему уравнений деформированиякомпозиционного материала, граничными которой будут условия отсутствия флуктуаций полей напряжения и деформаций на поверхности композиционного материала.

Линеаризуем исходные уравнения (1), пренебрегая флуктуациями деформаций в пределах объемов

матрицы и объемов включений, положив A m:s = ^ ( eki)m;s{ekj)m.s Здесь угловыми скобками обозначены

средние значения по соответствующим объемам.

После линеаризации система уравнений сводится к системе интегральных уравнений равновесия, ядром которой является вторая производная тензора Грина. Осреднение этой системы с использованием гипотезы сингулярного приближения и тензора Эшелби приводит к эффективному закону

Важным частным случаем общих соотношений (2) является модель композита, в котором эллипсоидальные включения ориентированы равновероятно. В этом случае эффективные модули пластичности и параметры линеаризации вычисляются по формулам

обозначены скачки материальных параметров при переходе через границу раздела матрица и включений. Соотношения (3) обобщают результаты, полученные в работах [1,2].

Список литературы

1.И. С. Макарова, Сараев J1. А. К теории малых упругопластических деформаций хаотически армированных композиционных материалов // ПМТФ. 1991. № 5. С. 120-124.

2.Глущенков В. С., Сараев Л. А., Хохрякова Ю. В. Малые упругопластические деформации композиционного материала, хаотически армированного эллипсоидальными включениями // Вестник СамГу. 2001. №2(20) С. 121-125.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЯ волокнистых композиционных МАТЕРИАЛОВ НА СТАДИИ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ

Горбунов А.Н., Вильдеман В.Э.

Пермский государственный технический университет

Разупрочнение является свойством материала, которое может быть реализовано в конструкции при жесткости нагружающей системы обеспечивающей устойчивость процесса накопления повреждений на закритической стадии деформирования. Для проведения квазистатических экспериментов с построением полных диаграмм деформирования необходимо использовать разрывные машины с высокой жесткостью или образцы, специальная конструкция которых позволит избежать лавинообразного разрушения в рабочей части.

Жесткости большинства испытательных машин достаточно для построения диаграмм с разупрочнением. Для исследования использовались разрывные машины Р-05 с механическим приводом, Р-10 с гидравлическим приводом и ИНСТРОН-1195 с гидравлическим приводом. На машине Р-05 были проведены квазистатические испытания на одноосное растяжение плоских стандартных образцов из стеклотекстолита, прессованного текстолита с построением полных диаграмм деформирования. Разрывная машина Р-10 использовалась для испытаний стеклопластиковых колец NOL-методом, запатентованным в США, с помощью жестких, стальных, полудисков. На Р-10 проводились испытания на адгезионную прочность связи полиэтилен-стеклопластик при сдвиге, при нормальной и повышенной температурах. Эксперименты показали снижение адгезионных прочностных свойств с увеличением температуры.

Для изучения влияния предварительного усталостного нагружения на изменение механических свойств материала на стадии разупрочнения на разрывной машине Инстрон - 1195 были проведены квазистатические испытания при нормальной температуре дисперсноупрочненных спеченных композиционных материалов на основе порошковой меди КМ- 4 и КМ-25 с построением ниспадающей ветви диаграммы деформирования, иллюстрирующей стадию разупрочнения. Эти материалы отличаются друг от друга включением алюминия или титана. Для испытаний использовались образцы цилиндрической формы стандартных размеров. Нагружение образца проводилось с периодическими разгрузками и последующими повторными нагружениями. Для материалов КМ-4 и КМ-25 проведены циклические испытания с малой амплитудой. При однократном нагружении деформация равна 2,2 %. Образец подвергался циклической тренировке до 8x106 циклов, что втрое меньше разрушающего циклического нагружения. Использовалась усталостная машина с частотой 18 Гц и амплитудным диапазоном от 0,01 мм до 0,1мм. После этого проводились испытания на одноосное растяжение на разрывной машине ИНСТРОН - 1195 с образцами после предварительных усталостных нагружений. Диаграмма деформирования сохранила ниспадающий участок, более того, возрос предел прочности, возросли и предельные значения деформации и напряжения. Этот эффект в данном случае может быть связан с перераспределением технологических остаточных напряжений во время циклической тренировки.

По результатам микросканирования в масштабе 1x100 видно, что основной материал в продольном направлении имеет волокнистое строение с включениями различной геометрической формы и цвета. Неметаллические включения располагаются по образующей, в центре образца их расположение произвольное. При анализе микроструктуры разрушенного образца в продольном направлении наблюдается вытяжка волокон, разрушение которых происходит пучками. Поверхность излома материала без боковых сколов, имеет волокнистое строение - крупные углубления с широкими перемычками. В изломе видны неметаллические включения. Высокодисперсные неметаллические включения вводят с целью повышения жаропрочности для производства на основе материалов КМ-4 и КМ-25 электродов точечной сварки. Для дисперсноупрочненных спеченных композиционных материалов на основе порошковой меди обнаружен эффект повышения предела прочности в результате предварительного циклического нагружения малой амплитуды, и показана возможность существенного увеличения деформационного ресурса за счет реализации закритической стадии деформирования.

Проведенные экспериментальные исследования с построением полных ветвей деформирования волокнистых композиционных материалов подтверждают необходимость учета закритической стадии деформирования при расчетах на прочность конструкций. При этом необходимо создать условия для реализации стадии разупрочнения в наиболее нагруженном элементе конструкции, исключающие хрупкое разрушение.

Работа выполнена при финансовой поддержке по гранту РФФИ-Урал №01-01-96479.

ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВУХОСНЫМ ЙОВОРОТНЫМ СТОЛОМ ACUTRONIC ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТ ПО ПРОВЕДЕНИЮ КАЛИБРОВКИ И ИСПЫТАНИЙ БЕСПЛАТФОРМЕННЫХ ИНЕРЦИА1ЛЬНЫХ СИСТЕМ

Ермаков В.С., Бутурлакин В.П., Широков А.А. Дунаев Д.А., Колеватов А.П. , Николаев С.Г Фёдоров И.В* ОАО Пермская научно-производственная приборостроительная компания,

*Пермский государственный технический университет

Внастоящее время большинство отечественных предприятий приборостроительной промышленности располагает, в основном, парком устаревших поворотных столов для проведения стендовых испытаний и калибровки навигационных систем. Такое оборудование обладает ограниченными возможностями по функциям управления и контроля. Между тем на современные навигационные системы накладываются очень жёсткие требования по стоимости и точности. Снижение стоимости разработки за счёт использования в бесплатформенных инерциальных навигационных системах недорогих инерциальных измерителей при сохранении точности системы на уровне требований Регистров требует разработки таких моделей погрешностей инерциальных измерителей, которые достаточно полно и адекватно, описывали бы их поведение. Такие модели могут быть построены с помощью современного

оборудования двуосного поворотного стола Acutronic (Швейцария). Это оборудование позволяет производить поворот стола по любой из осей на заданный угол с точностью до 2” с заданной угловой скоростью и с заданным угловым ускорением. В создавшихся условиях становится актуальным создание автоматизированных рабочих мест для проведения калибровки и -испытаний бесплатформенных инерциальных систем. В этой работе рассматривается решение задачи программного управления двуосным поворотным столом Acutronic для автоматизации таких трудоёмких операций как калибровка, приёмо-сдаточных испытаний и испытаний по определению времени запаздывания выдачи выходной информации по угловым скоростям бесплатформенных инерциальных систем. Схема разрабатывается на примере самолётной бескарданной курсовертикали СБКВ-П разработки НИИ ПМ имени ак. В.И. Кузнецова г. Москва, ОАО ПНППК г. Пермь. Для проведения калибровки изделия на новом стенде применяется технологическая схема, опробованная ранее на калибровке изделий этого типа предприятиями НИИ ПМ (г. Москва), РПКБ (г. Раменское). Для реализации схемы используются два персональных компьютера, соединённых в кольцо вместе с изделием по портам RS-232. Первый персональный компьютер предназначен для передачи команд начала выполнения кадра и записи в соответствующие файлы данных, поступающих от изделия. Под кадром понимается объединение в некоторую логическую последовательность группы движений или действий, которые выполняет компьютер. Кадр позволяет выполнить запись логически связанных данных калибровки или испытаний. Второй принимает команды кадра и выполняет их. При этом осуществляется управление поворотами стола, позиционирование на необходимые углы, выполнение команд управления столом. Изделие отрабатывает команды на начало и конец передачи данных, транслирует прочие команды, поступающие от компьютеров. В изделие передаются команды в соответствии с протоколом работы системы. Калибровка включает в себя проведение многократных статических и динамических испытаний. Статические испытания включают в себя работу системы на неподвижном основании для различных ориентаций осей чувствительности инерциальных измерителей. Динамические испытания включают в себя многократное выполнение поворотов изделия на полный оборот вокруг каждой оси чувствительности по часовой стрелке и против часовой стрелке. В результате калибровки должны быть определены для инерциальных измерителей погрешности масштабных коэффициентов, перекосы их осей чувствительности, составляющие дрейфов типа смещения нуля, составляющие дрейфов, зависящие от ускорения объекта. В состав приёмо-сдаточных испытаний и испытаний по определению времени запаздывания выдачи выходной информации по угловым скоростям входят: исследование поведения изделия на неподвижном основании за фиксированный промежуток времени; исследование работы изделия на предельных углах наклона; исследование работы изделия при вращении с различными угловыми скоростями вокруг каждой оси чувствительности; исследование работы изделия при гармонических колебаниях основания. Для управления столом разработано программное обеспечение, состоящее из следующих частей: блока инициирования выполнения кадров; конфигуратора кадров, предназначенного для хранения исходных команд; интерпретатора команд кадра, предназначенного для преобразования исходных команд в команды, выполняемые процессором управления столом; процессор команд управления столом, предназначенного для получения текущего положения стола, выполнения команд управления столом, точного позиционирования стола, выдачи метки положения стола, передачи команд управления столом. Предлагаемая схема управления может быть использована в качестве базовой при работе с любым инерциальным модулем.

Ермаков С.Г., ЛеконЦева О.В.

Пермский государственный технический университет

Утилизация отходов окорки древесины является наиболее слабым звеном в существующей системе комплексного использования древесного сырья. Отходы окорки древесины состоят в основном из коры с примесью некоторого количества древесных отщепов. Разнородность состава и различные свойства отходов окорки древесины (как химические, так и физические) определяют сложность и энергоемкость способов их утилизации. Нами предлагается раздельное использование лубяной и корково-древесной частей отходов окорки древесины, так как они существенно отличаются по многим физико­ механическим свойствам и по химическому составу: по плотности, влажности, прочности, водопоглощению, массовой доле отдельных органических и минеральных веществ и др.

Предварительно определенный химический состав луба и древесины показал, что в лубе целлюлозы и лигнина содержится меньше, чем в древесине, однако содержание легкогидролизуемых полисахаридов в лубе в 1,7 раза выше, чем в древесине. Луб отличается от древесины также более высоким содержанием в нем экстрактивных веществ, пектиновых веществ, золы. Наиболее существенное различие в химическом составе луба и древесины состоит в высоком содержании в лубе водорастворимых веществ. Кроме различий в химическом составе луб отличается от древесины еще и тем, что лубяные волокна и клетки луба связаны между собой не лигнином, а гемицеллюлозами и пектиновыми веществами. Поэтому частичное удаление их в процессе обработки водой при повышенной температуре позволяет легко распустить луб на отдельные волокна, т. е. получить волокнистый полуфабрикат без применения химикатов. Ранее разработанный и оптимизированный на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства способ получения лубяного волокнистого полуфабриката (ЛВП) отличается высокой температурой обработки (145°С) и большой продолжительностью (3 часа).

Целью данной работы являлось усовершенствование этого способа получения лубяного волокнистого полуфабриката. Для решения поставленной задачи разработан эффективный и производительный способ получения лубяного волокнистого полуфабриката: лубяную часть отходов окорки древесины обрабатывают водой (при температуре 90° С) в течение 20 минут в гидродинамическом аппарате с целью извлечения ценного продукта - дубильных веществ, или, лубяную часть обрабатывают паром при температуре 90-95° С; в результате такой обработки частично разрушаются или ослабляются связи между волокнами луба (вследствие действия высокой температуры и диспергирования); полученная таким образом лубяная масса подвергается горячему размолу в течение 5-6 минут. В результате такой обработки получается лубяной волокнистый полуфабрикат.

Предлагаемый вариант получения лубяного волокнистого полуфабриката методом горячего размола обеспечивает получение волокнистого полуфабриката высокого выхода (60-64 % против 48-50 % у ЛВП, полученного гидротермической обработкой), обладающего не худшими, а в некоторых случаях и лучшими прочностными характеристиками, при меньших затратах времени и электроэнергии.

Важнейшая особенность образцов лубяного волокнистого полуфабриката - очень легкая размалываемость. Полуфабрикат характеризуется высокой величиной средней длины волокна. В процессе размола развитие физико-механических показателей лубяного волокнистого полуфабриката происходит наиболее интенсивно до степени помола 40-45° ШР; при этих же степенях помола ЛВП обладает довольно хорошими характеристиками поведения его на сеточном столе (обезвоживаемость, водоудер>кание, средняя длина волокна). Это говорит о целесообразности использования его в композиции бумаг и картонов при степени помола 40-45° ШР.

Изучение химического состава образцов лубяного волокнистого полуфабриката показало, что в ЛВП, полученном способом горячего размола в большей степени сохраняются исходные легкогидролизуемые полисахариды По сравнению с ЛВП, полученным гидротермической обработкой, что благоприятно сказывается на его бумагообразующих свойствах.

Лубяной волокнистый полуфабрикат, полученный способом горячего размола, обладает также более развитой структурой субмикроскопических капилляров по сравнению с ЛВП, полученным гидротермической обработкой, что говорит о лучшей реализации его основных бумагообразующих свойств.

Таким образом, из лубяной части отходов окорки еловой древесины может быть получен дубильный экстракт н лубяной волокнистый полуфабрикат с выходом 60-64 %, с хорошими физико-механическими характеристиками, при низких энергозатратах и с использованием более простого оборудования.

Полученные положительные результаты проведенных исследований будут использованы при совершенствовании и разработке новой эффективной технологии комплексного использования промышденных отходов окорки древесины.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЕЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА НА ПАРАМЕТРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ВБХ РДТТ

Евграшин Ю.Б.

Пермский государственный технический университет

Большинство параметров двигателя и заряда имеет допуска (скорость горения топлива, геометрические размеры заряда и сопла, температура заряда при эксплуатации и т.д.), что приводит к необходимости исследования усеченных распределений и их влияния на параметрическую надежность двигателя. Степень усечения распределений, определенная для скорости горения различных топлив и

Рассматриваем нормированные случайные величины, которые имеют нулевое математическое ожидание

Тогда отношение дисперсий можно определить

дDv(x) ! 2 и ф/ 2 Л иФ/г)

D(x) Ф

Зависимость можно аппроксимировать выражением D =0,0135ехр{4,28ф} с погрешностью 2,8%.

Анализ влияния нелинейности зависимостей внутрикамерных процессов показал, что влиянием этого фактора можно пренебречь. Также можно сделать вывод о том, что усечение ВБХ не будет зависеть ни от показателя в законе горения топлива, ни от коэффициента его температурной чувствительности. Этот же вывод можно распространить и на третий и четвертый моменты распределения ВБХ

Е ф 3 ф - 2иФ/2к/2+3)/(»ф/2) : [ф -2ы ф/2/(мф/2)У

Данная зависимость аппроксимируется выражением Е = 0,214ехр{2,584ф}-3 с погрешностью 6,2%.

Проверка выводов теоретического влияния усечения распределений ВБХ проведена посредством статистического моделирования результатов огневых стендовых испытаний натурного двигателя. Для каждого варианта расчета проводилось по 500 реализаций. Анализ результатов показал, что степень усечения ВБХ будет примерно такой же, что и усечение распределения скорости горения топлива, усечение скорости горения не влияет на асимметрию распределений ВБХ, эксцесс распределений ВБХ примерно равен эксцессу усеченного распределения скорости горения. Зависимости степени усечения ВБХ от величины показателя в законе горения топлива обнаружено не было.

Усечение распределения скорости горения топлива ведет к изменению разброса Приведенное исследование проводилось для двигателя с зарядом из баллиститного топлива, внутрипартионный разброс скорости горения которого был принят равным 3%. Более сильное влияние усечение распределения будет оказывать на параметрическую надежность двигателей с зарядами из смесевого твердого топлива, разброс скорости горения которых больше, чем у двигателей с зарядами из баллиститного топлива. Гораздо меньшее влияние будет оказывать усечение геометрических размеров заряда и сопла, т.к. коэффициенты вариации этих параметров значительно меньше коэффициента вариации скорости горения топлива. Наибольшее влияние будет оказывать усечение распределения температуры заряда при эксплуатации. Все это приводит к усеченным распределениям ВБХ, причем действительные разбросы внутрикамерных процессов будут меньше на 15...30%, чем те, которые закладываются сейчас в расчет. Настолько же точнее будут расчетные значения разбросов ВБХ, что приведет к уточнению определения параметрической надежности РДТТ, которая в может измениться от 0,99 до 0,942. Известно, что чем точнее произведена эта оценка, тем меньше требуется испытаний двигателя для подтверждения его надежности, а это приводит к уменьшению затрат при отработке РДТТ.