АКАДЕМИЯ НАУК ЛАТВИЙСКОЙ ССР

механика

композитных

материалов

Январь—февраль

Журнал основан в 1965 г. Выходит 6 раз в год

р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я

В.А. Белый

Г.Бодор (Будапешт)

B. В. Болотин

Г.И. Бранное (София)

Г.А. Ванин

К.Василиу-Опреа (Яссы)

И.Я. Дзене

A. Дуда (Берлин)

C.Н. Журков

С.Загорский (Варшава) B. К. Калнберз

И.В. Кнетс A. Ф. Крегерс

B. А. Латишенко B. П. Макеев

Р.Д. Максимов A. К. Малмейстер C. Т. Милейко

П. М. Огибалов И. Н. Преображенский B. Д. Протасов

Ю.Н. Работное

A.Савчук (Варшава)

Г. Л. Слонимский

B.П. Тамуж

Ю.М. Тарнопольский

Г.А. Тетере

В.Т. Томашевский

Г.Н. Третьяченко Ю. С. Уржумцев Л. А. Файтельсон Л. П. Хорошун

Главный редактор А. К. МАЛМЕЙСТЕР Заместители главного редактора

В. А. ЛАТИШЕНКО, Р. Д. МАКСИМОВ, В. П. ТАМУЖ

Ответственный секретарь И. Я. ДЗЕНЕ

Адрес редакции:

226006 Рига, ул. Айзкрауклес, 23, тел. 551694 Институт механики полимеров АЙ Латвийской ССР

Издательство «Зинатне»:

226530 Рига, ул. Тургенева, 19, тел. 225164 Р е д а к ц и я в с е с о ю з н ы х ж у р н а л о в

Заведующий редакцией А. В. Венгранович Редактор С. Г. Бажанова Технический редактор Е. К. Пиладзе

Корректоры О. И. Гронда, Л. А. Дмитриева, И. В. Калинкина

© Издательство «Зинатне», «Механика композитных материалов», 1983 Г-

элемента, по периметру которой расположены прямые стержни. На рИС 2 _б грань ячейки состоит также из плоской пленки, по пери­ метру _ искривленные стержни. Структура с искривленными стержнями характерна только для некоторых пенопластов, в том числе для СФУП.

Р — приложенная сила.

Такую конструкцию можно рассматривать как модель некоторого композитного материала, включающего относительно податливые и не­ податливые компоненты (плоские пленки и искривленный стержневой каркас). Рассмотрим модель ячеистой структуры, составленной из ука­ занных элементов. Полагаем, что упругие свойства модели определяются упругими свойствами суммы всех ячеек. Упругие характеристики ячеек определенной конфигурации идентичны. Допуская независимый харак­ тер работы ячеек друг от друга или принцип аддитивности [4], запишем значение модуля упругости такой системы:

где п\ — количество ячеек модели с прямыми стержнями; п2 — коли­ чество ячеек с искривленными стержнями; Ер и_£с — модули растяже­ ния и сжатия модельной структуры; £ ст и £ пл — модули упругости стержневых и пленочных элементов неискривленных ячеек; Еяч и Еячк — модули упругости ячейки с прямыми и искривленными стержнями; £ СТк и Еппк — модули упругости стержневых и пленочных элементов в ис­ кривленной ячейке. Полагаем, что Еяч=ЕСт+ЕПл', £ячк=£стк4-£плк■Так как £ Стк«С£ст, то для данной модели допускаем, что Естк=0, £ст#0 . Тогда

*(£ст+^пл)^! ЕПл1<П,2

При сжатии £ ст„= 0 и £ ПЛк = 0, так как плоские пленочные элементы мо­ дели могут работать только совместно с прямыми стержнями; с поте­ рявшими устойчивость стержнями пленочные элементы при сжатии не работают. Тогда

Анализ уравнения (2) и сопоставление его с данными рис. 3 показы­ вает, что с увеличением средней плотности СФУП доля искривленных ячеек должна уменьшаться, что согласуется с результатами структур­ ного анализа. Однако в структурах других пенопластов всегда имеется некоторое количество потерявших устойчивость ячеек. Поэтому различие в модулях упругости, обычно наблюдаемое на практике при сжатии и растяжении, является не методологической ошибкой, а с л е д о м о с о бенностеи структуры пенопластов. Соотношение упругих характеристик £ Р/£ С, которое определяется макроячеистой структурой, может регули­ роваться в значительных пределах с помощью технологических приемов

и должно диктоваться свойствами, необходимыми в эксплуатации тех или иных изделий из пенопластов.

Уравнение (3) может использоваться только с соответствующей по­ правкой, так как в этом случае в работу структуры при сжатии включа­ ется газовая фаза, заключенная в ячейках. Начальный модуль упругости при сжатии низкомодульного пенопласта в пределах 5% деформации равен 2 кгс/см2, что соизмеримо с работой газовой фазы. Если Ес= Егф,

где Егф — модуль упругости газовой фазы ячеек при заданном уровне деформирования.

Проведем расчет прочности структуры при растяжении. Введем допу­ щения, аналогичные допущениям, принятым при расчете упругих харак­ теристик структуры. Запишем значение прочности пенопласта, состоя­ щего из П1+П2 ячеек:

где ар — прочность при растяжении структуры; аяч — прочность при рас­ тяжении ячейки; аст, огпл — прочность при растяжении стержневых и пленочных элементов ячейки (неискривленной); астк, Оплк — прочность при растяжении стержневых и пленочных элементов ячейки с искрив­

ленными стержнями. Полагаем Ояч = о’ст_1сгпл» Оячк= сгсткН~'Оплк» & — кратковременная прочность после длительного воздействия нагрузки

(ад) на структуру. Проанализируем уравнение (5). При п\ = 0

Анализ работы модели ячеистой структуры и структурный анализ позволяют допустить, что разрушение искривленных ячеек модели при растяжении происходит за два этапа. На первом этапе происходит раз­ рушение плоских пленок. В момент разрыва пленок изогнутые стержни не успевают включиться в работу конструкции. В этом случае Еплк^О, Естк—0. Когда стержневые элементы выпрямляются и включаются в ра­ боту конструкции, пленочные элементы вследствие разрыва уже выклю­ чены из системы в зоне разрушения. Запишем это условие: £плк = 0; -Естк^О. На каждом этапе разрушения прочность описывается только одним уравнением:

0’р ==<5'плк*» 0Гр = СТстк-

Кратковременная прочность модели определяется большим значением ар. Модель предсказывает упрочнение структуры с искривленными

6 кгс/см2

Рис. 3. Отношение модулей упругости при растяжении и сжатии пенопластов: # — СФУП, О — ПСБ; ■ — ППУ-ЗС; □ — ППУ-318Н; Л — ПС-1; А — ПХВ-1.

Рис. 4. Характер изменения прочности пенопластов при растяжении сг под действием длительных нагрузок огд в течение 1,5 года: 1 — СФУП (£ =10 кгс/см2); 2 — СФУП (£ = 60 кгс/см2); 3, 4 — полнстнрольный пенопласт и ППУ-ЗС.