ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ИЗГИБ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ТРУБ ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Лоскутов Ю.В.

Марийский государственный технический университет

Проведен обзор и анализ технологических схем изготовления криволинейных труб перекрестной спиральной намоткой волокон или армированной ленты. Получены расчетные соотношения, описывающие распределения толщин стенок и коэффициентов армирования в зависимости от технологической схемы (геодезическая, пропорциональная, равноугловая, равновесная) и способов укладки слоев (с нахлестом и без нахлеста).

Построены поверхности распределения структурных параметров и упругих постоянных. Установлены пределы их изменения. Исследовано влияние технологической схемы намотки, способа укладки слоев, углов армирования на структурные параметры и упругие свойства образца многослойной

безмоментной теории.

На базе разработанной конечно-элементной модели выполнен анализ параметров упругого деформирования и напряженного состояния при изгибе образцов криволинейных композитных труб с углом гиба ^=180° Образцы изготовлены перекрестной спиральной намоткой волокон или армированной ленты, уложенных с нахлёстом и без нахлеста. Материал - органопластик Kevlar 49/PR286. Исследовано влияние внутреннего давления, геометрии, структуры пакета слоев, технологической схемы намотки и способа укладки слоев на параметры деформирования и напряженное состояние. Установлен ряд новых качественных и количественных закономерностей:

При увеличении угла укладки волокон на экваторе упругие перемещения стенки и коэффициенты увеличения гибкости при изгибе уменьшаются, труба становится более жесткой. При этом наибольшие значения окружных напряжений увеличиваются, а осевых - наоборот, уменьшаются.

При увеличении интенсивности внутреннего давления и толщины стенки гибкость многослойной криволинейной трубы при изгибе уменьшается.

Технологические схемы намотки и способы укладки слоёв не оказывают заметного влияния на параметры деформирования и напряженное состояние при изгибе "в плоскости" и "из плоскости"

Достоверность результатов подтверждается решениями тестовых задач, данными физических экспериментов, численными и аналитическими решениями других авторов.

Работа выполнена при поддержке Президента и Правительства Республики Марий Эл в рамках гранта для молодых ученых.

Список литературы

1. Лоскутов Ю.В. Разработка методики расчета многослойных композитных трубопроводов летательных аппаратов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд-та техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

2. Куликов Ю.А., Лоскутов Ю.В. Изгиб многослойных криволинейных труб из волокнистых композиционных материалов // Механика оболочек и пластин: Тр. XX Междунар. конф. по теории оболочек и пластин, Н. Новгород, 17-19 сент. 2002.-Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2002.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ БЕСПЛАТФОРМЕННО КУРСОВЕРТИКАЛИ

Лужбин К.Е., Лекомцев С.А., Приходько А. С. Пермский государственный технический университет,

ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания»

Диапазон температур окружающей среды, при котором должны функционировать и выдавать данные в допустимых пределах современные инерциальные бесплатформенные курсовертикали (ИБКВ), составляет 110°С (от минус 55°С до +55°С). Для выяснения влияния температуры окружающей среды на выходные параметры ИБКВ был проведен ряд испытаний.

Испытания проводились при различных температурах окружающей среды от минус 55°С до +55°С. Испытания проводились на неподвижном основании и при вращении ИБКВ поочередно по всем трем осям на полный оборот в обоих направлениях с угловой скоростью 10%. Испытания проводились при записи следующих параметров: Курс, Тангаж, Крен, Поперечная, Продольная и Нормальная угловые скорости. Перед включением ИБКВ выдерживалась в выключенном состоянии при установившейся температуре окружающей среды 2 часа, поэтому при включении температура самой ИБКВ и ее блоков была равна установленной температуре окружающей среды.

Функционально ИБКВ можно разделить на две части: блок чувствительных элементов (БЧЭ), включающим в себя динамически настраиваемые гироскопы и акселерометры, и отсек для установки электронных блоков. БЧЭ имеет систему термостатирования, которая поддерживает температуру +(65±5)°С. Отсек электронных блоков не имеет системы термостатирования.

Из результатов испытаний видно, что максимальные предельные отклонения по курсу, крену и тангажу приходятся на максимальную температуру окружающей среды +55°С (Рис.1). Так как эта температура окружающей среды ниже температуры термостатирования БЧЭ, то рабочая температура БЧЭ остается прежней - +(65±5)°С, поэтому температура окружающей среды существенно влияет на дрейф ИБКВ большей частью посредством электронных блоков, так как они не имеют системы термостатирования.

Предельноеотклонениепараметров

Курс

Тангаж

■4— Крен

Температура окружающей среды, °С

Рисунок 1

Кроме того, существующий терморегулятор представляет собой электронный блок, который расположен в той части ИБКВ, которая не имеет системы термостатирования. Таким образом, изменение температуры окружающей среды влияет на характеристики терморегулятора, что в свою очередь влияет на температуру термостабилизации БЧЭ. Существующий терморегулятор не позволяет отслеживать текущую температуру внутри БЧЭ.

Способ повышения точности заключается в «температурной калибровке» ИБКВ. Создавая различную заданную температуру окружающей среды и сравнивая результаты при разных температурах можно вычислять коэффициенты для компенсации дрейфа. Для этого нужно во время работы ИБКВ измерять текущую температуру электронных блоков и обрабатывая эту информацию с помощью вычислителя производить компенсацию погрешностей (дрейфов).

ОСОБЕННОСТИ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ (ВУЛКАНИЗАЦИИ)В МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ОРГАНОПЛАСТИКОВЫХ КОРПУСОВ

Лузенин А.Ю., Шайдурова Г.И. ОАО НПО “ИСКРА", г. Пермь

В технологии изготовления корпусов специального назначения одним из важнейших факторов, определяющих качество готовой продукции является правильность выбора режима полимеризации изделия. По мере увеличения толщин изделия возрастает разность температур его внутренних .и наружных слоев при нагреве и охлаждении, а большой разброс в ФМХ материалов, используемых при формовании стенок корпуса приводит к внутренней напряженности системы оправка-ТЗП- органопластик. Отработка режимов полимеризации представляет собой задачу, индивидуальную для каждого изделия, с рядом технических ограничений:

- температура поверхности органопластика не менее 140 °С в течение 10 часов, что обеспечивает степень полимеризации не менее 92%;

температура гермослоя из резины 51-2110 не менее 140 °С в течение 4 часов; минимальные остаточные напряжения в органопластике.

В настоящее время большинство резинотехнических изделий вулканизуется при температуре 140160 °С. Анализ экспериментальных исследований показывает, что в процессе вулканизации температура ТЗП не достигает этого значения и находится на уровне 135 °С. Применение высоких температур, когда позволяет вид полимера, позволяет сократить время вулканизации и выйти на необходимый уровень 140160 °С в слоях ТЗП, но интенсификация процессов вулканизации приводит к ухудшению ФМХ резины и изделия в целом, так как чем выше температура полимеризации, тем больше различие в* температурах слоев изделия и больше неравномерность прогрева стенок.

Для решения проблемы больших градиентов температур в изделиях предлагается рассмотреть возможность усовершенствования температурно-временных параметров вулканизации с учетом уточненных ТФХ резин путем улучшения теплофизических показателей песчано-полимерной оправки (ППО). То есть путем направленного введения в рецептурный состав ППО компонентов с высокими теплофизическими свойствами (аэросил (двуокись кремния), цинковый порошок, черная сажа, введение металлической сетки (латунной с более высокой теплопроводностью).

Песчано-полимерная оправка является важнейшим инструментом, обеспечивающим прочностные, геометрические и массовые характеристики корпуса. Оценка фактических контактных давлений и запасов прочности, стабильности геометрических размеров и прогнозирование способности обеспечивать взаимное расположение основных поверхностей является одним из обязательных этапов отработки системы "корпус-оправка". Важнейшим этапом проектирования любой оправки для корпусов "коконной" конструкции является определение внешних силовых факторов контактного давления и температуры, воздействующих на оправку в процессе намотки и полимеризации корпуса.

В процессе намотки и полимеризации оправка испытывает контактное давление от наматываемого материала. На всех этапах технологии изготовления корпусов на кинетику контактного давления наиболее существенное влияние оказывает уровень начального технологического натяжения при намотке, температура термообработки, ползучесть наматываемого материала и материала оправки. Так же влияют на кинетику контактного давления теплофизические характеристики материала оправки. С увеличением КЛТР материала оправки увеличивается уровень контактного давления на этапе

термообработки.

В процессе разработки новых изделий имеется тенденция к повышению усилия натяжения ленты. Таким образом в процессе работы с оправками под намотку возникает необходимость использования материала песчано-полимерной композиции (ППК) с более высокими ФМХ (ас^800 кгс/см при 20 С, стс^5 0 кгс/см2 при 160 °С). Прочностные параметры ППК в основном зависят от свойств связующих, так как чаще всего разрушение склеенной массы происходит по границе соединения зерен (по клеевой зоне). Следовательно, прочность склейки массы зависит от системы укладки зерен, от общей поверхности зерен наполнителя. Теоретически прочность ППК и несущую способность оправки можно повысить следующими путями:

-увеличением количества контактов между зернами наполнителя,

-увеличением количества связующего материала в системе,

-увеличение когезионной прочности связующего;

Исходя из выше изложенного наиболее ответственный момент с точки зрения обеспечения высокого качества органопластиковой оболочки — это полимеризация. Одним из основных параметров, определяющих ее прочность и надежность, являются ФМХ ППО при повышенных (до 160 С)

температурах.