книги из ГПНТБ / Кан К.Н. Механическая прочность эпоксидной изоляции

создания единого аналитического выражения для критерия прочности, которое бы максимально приближалось к опытным данным при любых сочетаниях главных нормальных напряже­ ний для материалов с малыми значениями v.

В работах [56, 90] на основании результатов испытаний тер­ мореактивных материалов был предложен критерий прочности, который в случае плоского напряженного состояния имеет вид:

А К, + oL2) + В (от?., + <т£2) + CouaL2 + D Уа\х+о\2 +

деляются по результатам пяти опытов, два из которых пред­ ставляют собой одноосное растяжение и сжатие, а три других проводятся при плоских напряженных состояниях — двухосном сжатии, двухосном растяжении и чистом сдвиге.

Ввиду того что в этот критерий входит пять параметров, определяемых опытным путем, достигается хорошее совпадение

все критерии, изображающие предельные кривые в виде кри­ вых второго порядка.

Однако необходимость постановки пяти различных опытов для определения пяти параметров, а также громоздкость выраже­ ния для эквивалентных напряжений затрудняют широкое ис­ пользование критерия (22) в обычных инженерных расчетах. Для практических целей можно рекомендовать частный случай критерия (22), имеющий вид:

Данное выражение включает в себя только три постоянных параметра а, Ъ, с, которые определяются из двух опытов на од­ ноосное растяжение и сжатие и одного опыта на двухосное сжатие.

Для еще большего упрощения методики отыскания парамет­ ров критерия (23) была поставлена задача связать результаты опыта на двухосное сжатие с опытами на одноосное сжатие. Анализ результатов испытаний показал, что предел прочности при равном двухосном сжатии отличается от предела прочности при одноосном сжатии не более чем на 10—12% в сторону уве­ личения прочности.

Учитывая, что это различие идет в запас прочности, можно с достаточной для практических расчетов точностью при отыс­ кании параметров критерия (23) принять предел прочности при

двухосном сжатии. Тогда параметры критерия могут быть вы­ ражены через отношение v [56]:

Таким образом, для нахождения параметров достаточно иметь результаты обычных опытов на одноосное растяжение и сжатие, что значительно уменьшает объем экспериментов.

В000н/смг

Рис. 29. Предельная кривая компаунда ЭЗЛ-120

На рис. 29 изображена предельная кривая для эпоксидного компаунда ЭЗЛ-120.. Эта кривая представляет собой частный случай кривой четвертого порядка и значительно лучше, чем кривые второго порядка, приближается к опытным данным во всех четырех квадрантах плоскости двух главных нормальных напряжений.

Из критерия прочности (23) выведена формула для эквива­ лентных напряжений, необходимая при расчете на прочность:

Параметры a, b, с рассчитываются по формулам (24). Зна­ чения величины v для некоторых компаундов приведены ниже:

Для тех компаундов, у которых предел прочности на сжа­ тие не определялся, можно рекомендовать для стеклообразного состояния принимать v равным 0,4—0,5. Колебания этой вели­ чины мало сказываются на значениях эквивалентного напря­ жения в первом и втором квадрантах плоскости главных нормальных напряжений, а именно эти виды плоского напря­ женного состояния наиболее характерны для конструкций из заливочных компаундов.

10. Коэффициент чувствительности к концентрации

напряжений

В изоляции из эпоксидных компаундов, как правило, имеются места концентрации напряжений. Это вызвано сложной формой заливаемых элементов. Местные значения напряжений в ме­ стах концентрации могут быть выше средних в несколько раз. В случае применения жестких компаундов при хрупком их раз­ рушении концентрация напряжений может привести к прежде­ временному растрескиванию изоляции. Максимальные местные напряжения обычно определяются через коэффициенты концент­ рации напряжений [114].

Если предположить, что материал является идеально упру­ гим, то для данного вида концентратора вводится теоретиче­ ский коэффициент концентрации напряжений

риалов без учета эффекта концентрации в данном сечении тела. Величина теоретического коэффициента концентрации рассчи­ тывается методами теории упругости или определяется методами моделирования на идеально упругих моделях для каждого вида концентратора. В конструкциях из реальных материалов кон­ центрация напряжений обычно снижается за счет перераспре­ деления напряжений. Так, для застеклованных полимеров мак­ симальные напряжения могут быть уменьшены за счет вы­ нужденной высокоэластической деформации. В наполненных композициях эффект концентрации напряжений ослабляется на фоне тех местных напряжений, которые возникают вокруг частиц, наполнителя, также являющихся концентраторами напряжений.

Поэтому для реальных материалов вместо теоретического ко­ эффициента вводится действительный коэффициент концент­ рации

где а т а х — действительное значение максимального напряжения. Величину

называют коэффициентом чувствительности материала к кон­ центрации напряжений и считают, что она является характери­ стикой материала, т. е. не зависит от вида концентратора. Зна­ ние коэффициента q необходимо для расчета /Сд :

пользовать обычные образцы для испытаний на растяжение, ослабив их каким-либо концентратором, для которого известно /Ст [23]. В качестве такого концентратора удобно принять круг­ лое отверстие малого, по сравнению с шириной образца, диа­ метра, так как для него /Ст известно и равно 3. Отверстие дол­ жно располагаться посредине образца.

Образец с концентратором разрушается, когда а т а х дости­ гает значения предела прочности. Отношение разрушающей на­ грузки к ослабленной площади поперечного сечения дает зна­

11. Коэффициент линейного теплового расширения

Одной из важнейших физических характеристик заливочных эпоксидных компаундов является коэффициент линейного теп­ лового расширения (КЛТР).

Высокие значения КЛТР компаундов, а также большие диа­ пазоны эксплуатационных температур изделий с литой эпоксид­ ной изоляцией обусловливают значительные температурные де-

Отвержденные эпоксидные смолы по сравнению с другими

Введение наполнителя снижает величину КЛТР, однако ко­ личество наполнителя ограничивается условиями переработки эпоксидных компаундов. Минимальная величина КЛТР напол-

ника эксперимента по определению КЛТР еще достаточно

Чаще всего эти сведения ограничены значениями КЛТР для тем­ ператур, близких к комнатной.

Достаточно простой и удобной является конструкция дила­ тометра, изображенная на рис. 31. Она позволяет проводить

исследования КЛТР эпоксидных компаундов в диапазоне тем­ ператур от — 100 до +120° С, охватывающем эксплуатационные температуры большинства изделий с герметизирующей эпоксид­ ной изоляцией.

При проектировании данного прибора учтены недостатки су­ ществующих дилатометров, в частности, сведено к минимуму

Установка имеет минимальные габариты и не требует штат­ ных нагревателей печи и криостата, а помещается внутри любой камеры, обеспечивающей заданные температуры. Измерение проводится одновременно на трех образцах. В качестве изме­ рителей перемещения используются индуктивные преобразова­ тели перемещения типа БВ-844, обеспечивающие стабильность показаний в широком диапазоне температур. Сигналы с индук­ тивных преобразователей поступают на электрические само­ писцы типа БВ-662. Таким образом осуществляется автомати­ ческая запись показаний.

Значения средних КЛТР некоторых заливочных компаундов представлены на рис. 32. Определение КЛТР при температурах

ния КЛТР при этих температурах показаны на рис. 32 штри­ ховыми линиями. Для инженерных расчетов на прочность пред­ ставляют интерес значения КЛТР при температурах ниже тем­ пературы стеклования.

12. Статистические характеристики механических свойств

Для полимерных материалов характерен большой разброс результатов испытаний как среди одной партии материала, так и, особенно, между раз­ личными партиями. Эта отрицательная особенность полимерных материалов усугубляется для литьевых эпоксидных компаундов тем, что они приготов­ ляются непосредственно перед употреблением небольшими дозами, т. е. раз­ брос наблюдается и среди образцов из различных заливок.

Причин разброса экспериментальных данных эпоксидных компаундов д о ­ статочно много: отклонения в качестве исходных материалов, неточная дози­ ровка компонентов, несовершенство технологии переработки (плохое пере­ мешивание и вакуумирование, несоблюдение температур, плохое состояние заливочных форм, неправильное выполнение операций по разборке форм и извлечению образцов), ошибки испытания образцов.

Результаты испытаний компаундов являются случайными величинами, и для их полного описания необходимы статистические характеристики. Прежде всего необходимо подобрать закон распределения вероятностей для механи­ ческих свойств. Так как на механические свойства влияет большое число не­ зависимых причин, то естественно провести проверку применимости нормаль­ ного закона распределения. Самый простой и быстрый способ проверки со ­ стоит в нанесении экспериментальных данных на сетку с координатами: слу-

чайная величина х—квантили нормального распределения. Если эксперимен­ тальные точки в этой системе координат ложатся на прямую линию, то для

где ХІ — отдельное значение опреде­ ляемого показателя; iV — количество отдельных значений определяемых показателей, входящих в расчет; стандартное отклонение

вероятное отклонение искомого по­ казателя

Ах •• У~ЇЇts

где t — критерий точности, величина которого зависит от количества ис­ пытуемых образцов и вероятности доверительного интервала.

С помощью указанных статисти­ ческих характеристик можно опреде­ лить верхнюю и нижнюю границы доверительного интервала

выше, определялось на шести образцах. Для вероятности попадания в дове­