ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРОСКОПИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТОВОЛОКОННОГО КОНТУРА КАТУШКИ ГИРОСКОПА

Ульрих Т.А., Новоселова к.А., Югова Ю.С. Пермский государственный технический университет

Интерес к волоконно-оптическому гироскопу базируется на его потенциальных возможностях применения в системах навигации, управления и стабилизации. При кажущейся простоте прибора и высокой чувствительности его к угловой скорости вращения он, в то же время, чрезвычайно чувствителен к различным внешним воздействиям, что приводит к дрейфам и, как следствие, ухудшению точности измерений.

Вусловиях внешних тепловых воздействий на оптоволоконный контур имеют место три основные причины, способствующие проявлению пьезооптического эффекта. Во-первых, изменение температуры волокна приводит к появлению термонапряжений, изменяющих величину показателя преломления. Вовторых, результирующее напряженно-деформированное состояние в области сердечника волокна может изменить первоначальную ориентацию площадок главных напряжений. В-третьих, внешние тепловые воздействия приводят к температурным деформациям каркаса и катушки оптоволоконного контура.

Математическое моделирование поведения гироскопа позволяет прогнозировать его показания при разнообразных условиях взаимодействия с окружающей средой. Катушка гироскопа представляет собой массив оптического волокна, послойно намотанного на металлический каркас и пропитанного компаундом. Массив оптоволокна - стуктурно-неоднородная трехфазная среда с периодическим расположением волокон. Для расчета напряженно-деформированнного состояния катушки гироскопа необходимо знать макроскопические характеристики оптоволоконного контура, обладающего ортотропными свойствами.

Вработе для определения эффективных механических характеристик используется численный метод моделирования поведения среды с регулярной структурой. Вид ячейки периодичности представлен на рис. На уровне структурных элементов остаются справедливыми феноменологические уравнения и соотношения механики. Задача о плоской деформации ячейки периодичности позволяет анализировать поведение материала при нагрузках в плоскости, перпендикулярной оси волокон. Кроме того, из решения этой задачи находят макроскопические величины, характеризующие одноосное растяжение в

направлении волокон.

В специализированном пакете прикладных программ с применением метода конечных элементов был решен ряд задач: об одноосном деформировании ячейки периодичности в направлениях /*уи г2; о чистом сдвиге в плоскости, перпендикулярной оси волокон. Из решения системы уравнений

где сг',е*. тензора макронапряжений и макродефор­ маций, определены искомые модули упругости Eh Е2, £ 3 и

коэффициенты Пуассона v,y.

*

Модуль сдвига рассчитан по формуле Gn =—т- 2е,2

В работе получены зависимости макроскопических свойств от объемной доли кварца в оптоволоконном контуре. Проанализировано влияние механических свойств оболочки и наполнителя. Разработана инженерная методика определения макроскопических характеристик в зависимости от свойств компонентов среды и их объемных долей. Разработан и реализован алгоритм, позволяющий перейти от макронапряжений в исследуемой среде к структурным напряжениям в сердцевине

оптического кварцевого волокна.

ИЗУЧЕНИЕ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ЭПОКСИДУРЕТАНСОДЕРЖАЩИХ ОЛИГОМЕРАХ

Хименко Л.Л., Вальцифер В.А., Астафьева С.А., Федотов И.А. Пермский государственный технический университет

Метод ИК-спектроскопии, обладающий высокой чувствительностью к элементам химической структуры и проявлению межмолекулярных взаимодействий, может быть успешно реализован при изучении химической структуры и свойств уретансодержащих олигомеров. Свойства уретансодержащих олигомеров во многом определяются специфическими межмолекулярными взаимодействиями, в частности, за счет функциональных групп.

Предполагается, что определяющую роль в реологических свойствах, например эпоксидуретанового каучука, играют межмолекулярные взаимодействия с участием функциональных групп, а именно, водородные связи. Возможно образование ассоциатов следующего типа:

\/

\—Н-- О—С

д-н--о=сч чмн

где карбоксильные группы, непосредственно не участвуют в образовании водородной связи, и где в образовании связи участвуют собственно карбоксильные группы. В уретансодержащих олигомерах может существовать широкий набор физических связей. Это водородные связи типа: уретан-уретан, мочевина-мочевина, уретан-кислород полиэфирной связи.

Параметром весьма чувствительным к структурным изменениям, является вязкость олигомеров. Проводились исследования межмолекулярного взаимодействия в наполненной полимерной системе на основе полидивинилизопренуретанового каучука с концевыми эпоксидными группами. Анализ химической структуры различных партий эпоксидуретанового каучука проводили методом ИКспектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения (ИК МНПВО) с использованием кристалла KRS-5 се=45°, на Фурье-спектрометре IFS 66/S фирмы “Bruker”. При анализе спектров рассматривали отношение оптической плотности полосы сравнения, соответствующей компоненту, концентрация которого известна и неизменна в условиях эксперимента. Основной спектр каучука показывает, что интенсивность появления полосы 1710 см'1(С=0 связанные водородной связью) преобладает над интенсивностью полосы 1735 см"1 (С=0 несвязанной водородной связью) во всех образцах каучука, что говорит о наличии ассоциатов уретановых групп.

Реологические свойства каучука изучались на ротационном вискозиметре “Реотест 2.1” в температурном диапазоне 25...60°С и скоростях сдвига от 0,024 до 7 0с'1 В ходе исследований определено соотношение связанных и свободных карбоксильных групп и соотношение вязкости каучука для скоростей сдвига 0,024 и 2,33 с'1 при комнатной температуре. Результаты реологических исследований различных партий эпоксидуретанового каучука показали, что данный каучук является неньютоновской жидкостью (вязкость зависит от скорости сдвига). Из полученных данных установлено, что вязкость каучука от скорости сдвига тем больше, чем выше концентрация водородных связей (полоса

1710 см'1) в образце.

Изучаемый каучук содержит наряду с полидивинилизопренуретановыми блоками с концевыми эпоксидными группами, также остаточный глицидол, эпоксидная группа которого соответствует полосе 910 см'1 Был проведен эксперимент по изучению зависимости реологических характеристик композиционного материала на основе рассматриваемого каучука от времени его вакуумирования (Рост=15 мм. рт. ст.). Отмечено увеличение вязкости, снижение живучести и растекаемости при длительном вакуумировании; при сокращении времени вакуумирования с 60 до 20 минут произошло увеличение растекаемости с 18 до 40%, с увеличением живучести массы с 7 до 11 часов при Т—65 С. На ИК-спектре образцов подвергнутых длительному вакуумированию (60 мин) полоса эпоксидной группы глицидола 910 см'1имеет меньшую интенсивность, чем на образцах после 20 минут вакуумирования.

Таким образом, регулирование реологических характеристик полимерных композиций на основе полиуретанэпоксидного каучука можно осуществлять путем подбора оптимального времени вакуумирования массы композиционного материала в зависимости от содержания глицидола в партии каучука. Исследования ИК-спектров каучуков разных партий показали, что высокое содержание водородных связей приводит к увеличению вязкости каучука и возрастания влияния скорости сдвига на неньютоновское реологическое поведение.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРГАНОПЛАСТИКОВОГО КОРПУСА РДТТ ПОСЛЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ДЕЖУРСТВА В СОСТАВЕ РАКЕТЫ

Хмелёв В.В., Голдобин С.М., Шайдурова Г.И. ОАО НПО «Искра», г.Пермь

Проведены экспериментальные исследования кинетики сорбции и десорбции паров воды образцами органопластика на основе связующего ЭДФ и жгута СВМ. Вырезка образцов производилась из утолщённой части корпуса РДТТ, который прошёл длительное хранение, натурную эксплуатацию в составе ракеты и последующие стендовые испытания, с общим сроком эксплуатации ~ 17 лет.

По экспериментальным данным с использованием аналитических зависимостей рассчитаны потенциал влагопереноса на момент проведения исследований, коэффициент диффузии влаги, получены изотермы сорбции образцов органопластика.

Сравнение полученных результатов с известными данными показало следующее: изотерма сорбции расположена значительно выше ожидаемой, коэффициент диффузии влаги через органопластика находится в диапазоне 0,83-f6,7*10-9 см2/с, потенциал влагопереноса соответствует относительной влажности воздуха 25%.

ПРИМЕНЕНИЕ «СУХИХ» МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ (РДТТ)

Шайдурова Г.И., Бузмакова Н.М. ОАО НПО «Искра», г.Пермъ

В докладе поставлена проблема ликвидации изделий РДТТ в соответствии с существующими требованиями по охране окружающей среды, определены основные этапы ликвидации изделий и отражены проблемы использования обычных методов очистки газовых выбросов при обезвреживании изделий, представлены преимущества применения «сухого» метода очистки на основе хемосорбционных волокнистых материалов.

Внастоящее время достаточно остро стоит проблема утилизации накопленной военной техники в соответствии с существующими требованиями по охране окружающей среды, которая связана с отсутствием подготовленных производств для промышленной переработки экологически чистыми, безопасными и экономически выгодными технологиями.

Всвязи с особенностями конструкций РДТТ обычные системы очистки газовых выбросов (циклоны, применение катализаторов и другие) при обезвреживании компонентов изделий не являются эффективными. Это связано, в первую очередь, с тем, что процесс обезвреживания происходит при достаточно высоких температурах (~ 300 - 2000 °С), а также в газовых выбросах загрязняющие вещества имеют значительные концентрации, что затрудняет использование обычных методов очистки.

ВОАО НПО «Искра» были проведены опытно-промышленные работы по исследованию эффективности очистки газовых выбросов при ликвидации топлива вспомогательных РДТТ с использованием установки, состоящей их трубы Вентури и циклона, а в качестве нейтрализатора служит вода. Результаты работы показали низкую степень очистки (например, по очистке от окислов свинца эффективность составила 6%).

После проведенного анализа существующих методов очистки, при ликвидации РДТТ наиболее эффективным является применение хемосорбционных волокнистых материалов.

Каждый этап ликвидации - отдельный технологический процесс, при котором происходит выброс в атмосферу широкого спектра загрязняющих веществ таких как СО, NOx, HF, НС1, S02, окислов металлов

идр.

Специалистами ОАО НПО «Искра» были проведены лабораторные исследования технологии очистки выбросов окислов азота и фтористого водорода с применением фильтровальных нетканых материалов. Для исследования были взяты материалы ВИОН КН-1, ВИОН КН-2, ВИОН АН-5 (окислы азота) и ВИОН КН-1, ВИОН АН-5, ВИОН АИ-1 (фтористый водород).

Результаты исследования показали, что степень очистки данных материалов окислов азота достигает до 70%. По фтористому водороду - наиболее эффективным оказался материал ВИОН КН-1 (69%).

В настоящее время в ОАО НПО «Искра» проводятся исследования по повышению степени улавливания вредных веществ с внедрением в структуру материала дополнительных сорбирующих

веществ.

В дополнение к вышеизложенному следует отметить, что при ликвидации РДТТ газовые выбросы имеют высокое содержание тяжелых металлов 1 и 2 класса опасности. Применение волокнистых материалов для очистки выбросов от тяжелых металлов позволяет снизить их до 98% (материал «Рунит»). Еще одним достоинством волокнистого материала является то, что, например, материал «Рунит» имеет слой саморегенерации, что позволяет наиболее полно его использовать без дополнительных затрат. При этом уловленные металлы представляют собой сухой шлам, что экономически и технически наиболее эффективно для проведения их утилизации.

Таким образом, по результатам проведенного анализа и лабораторных исследований наиболее эффективным способом очистки газовых выбросов в атмосферу от загрязняющих веществ при ликвидации изделий РДТТ является применение хемосорбционных волокнистых материалов.

РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ И ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ТРУБ ДЛЯ ПУЛЫЮг И РЕАГЕНТОПРОВОДОВ

Шаклеина С.Э.

Березниковский филиал Пермского государственного технического университета

Для оценки несущей способности используется критерий длительной прочности кусочно­ эллиптического вида, по форме близкий к модифицированному критерию Мизеса [1], часто применяемый при прочностном анализе стеклопластиков

(1)

*Вя

где

Стд,, при a s> 0;

Ss

»при a s < 0; 9

Здесь crBs+- предел прочности на одноосное растяжение в осевом направлении; a Bs’- предел прочности на одноосное сжатие в осевом направлении;

аВ0" - предел прочности на одноосное растяжение в окружном направлении;

аво’ - предел прочности на одноосное сжатие в окружном направлении;

a Bszпредел прочности на межслойный сдвиг в осевом направлении. Коэффициент запаса прочности вычисляется следующим образом:

(2)

Определяемый таким образом коэффициент запаса прочности объясняется как степень удаления точки состояния на траектории деформирования от предельной поверхности.

При оценке несущей способности нагруженной конструкции с неравномерными полями напряжений, когда в различных точках изделия реализуются разные коэффициенты запаса прочности, в качестве интегральной характеристики несущей способности принимается величина К в наиболее опасной точке. Для дискретной модели расчетный коэффициент запаса несущей способности определяется следующим образом:

где Kjj - коэффициент запаса прочности /-го элементау'-го слоя трубы.

Для оценки несущей способности и остаточного ресурса минимально допустимый коэффициент запаса прочности регламентируется. В зависимости от назначения изделия, области его применения, нагрузок, типа материала и ряда других факторов диапазон нормативных коэффициентов запаса прочности составляет от 1.1 до 15. Для сталей основной коэффициент запаса прочности обычно принимается равным [К\ =1,4 ...1,6 [2]. Для несущих элементов конструкций в условиях длительного статического нагружения в машиностроении в качестве основного нормативного параметра используется [К] =1,54.

Условие сохранения несущей способности может быть представлено в виде

КР<[К].

Расчетные значения коэффициента запаса несущей способности и остаточный ресурс были получены для 3 типов стеклопластиковых труб в зависимости от рабочей температуры. Геометрические параметры и характеристики труб отражены в работе [3]; условия нагружения - внутренне давление с учетом провисания; упругие и прочностные характеристики соответствуют данным механических испытаний.

В диапазоне рабочих температур коэффициент запаса несущей способности стабильно высок, и заметно падает при повышении температуры до 90°С. Это объясняется тем, что при этой температуре для данных материалов начинаются процессы деструкции связующего, приводящие к снижению прочностных свойств.

Список литературы

1.Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. - М: "Машиностроение", 1977.-248с.

2.Беляев Н.М. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1965. - 865 с.

3.Исследование длительной прочности и надежности элементов пульпо- и реагентопроводов из композиционных материалов. Заключительный этап, 2000 г.