Механика препрегов - расчет изделий из армированных композиционных материалов. В 2 ч. Ч

окружные напряжения у внутренней поверхноети изделия, а напря­ жения у наружной поверхноети возрастают, становясь при больших усилиях натяжения растягивающими. Намотка с возрастающим натяжением приводит к уменьшению максимальных радиальных напряжений, а с убывающим натяжением - к возрастанию растяги­ вающих радиальных напряжений.

Таким образом, в целях снижения растягивающих радиальных остаточных напряжений намотку толстостенных изделий целесооб­ разно производить с возрастающим по толщине изделия натяжени­ ем. Этот режим является оптимальным также с точки зрения со­ противления изделия действию внутреннего давления, так как при нем обеспечиваются сжимающие окружные напряжения у внутрен­ ней поверхности. С увеличением толщины и габаритных размеров намоточных изделий эффективность силовой намотки в силу ряда причин уменьшается. При изготовлении таких изделий силовую намотку рекомендуется сочетать с поэтапным отверждением.

Процесс термообработки может быть охарактеризован следую­ щими параметрами: скоростью нагрева полуфабриката до темпера­ туры термообработки, максимальной температурой термообработ­ ки, выдержкой при этой температуре и скоростью охлаждения. Максимальная температура и длительность выдержки полуфабри­ ката определяются химической природой связующего и выбирают­ ся из условия обеспечения высоких механических характеристик материала. С целью уменьшения радиальных остаточных напряже­ ний в изделиях термообработку их следует проводить при возмож­ но низких температурах. Уменьшением скорости нагрева полуфаб­ риката также можно добиться некоторого снижения радиальных остаточных напряжений.

При изготовлении намоточных конструкций особое внимание следует обращать на однородность их начального напряженного состояния. Дело в том, что намоточные конструкции в большин­ стве случаев изготовляют с переменной толщиной стенки. В зави­ симости от их назначения утолщения могут быть расположены в разных местах по длине. Намотку утолщений обычно производят при постоянном усилии натяжения рулонного наполнителя, вели­ чину которого назначают в процессе формования основной стенки. В практике неоднократно наблюдались случаи разрушения оболо­ чек по утолщениям, причем трещины возникали в области средней

281

зоны по толщине стенки. Это указывает на наличие в крупногаба­ ритных намоточных конструкциях неблагоприятного распределе­ ния остаточных напряжений. Таким образом, утолщения рекомен­ дуется изготавливать путем введения поэтапного отверждения.

Внедрению метода поэтапного формования толстостенных намоточных изделий могут способствовать также следующие фак­ торы: возможность пофазного контроля содержания и свойств ком­ понентов армированного пластика, равномерное распределение свя­ зующего в слоях и в намоточном изделии в целом, устойчивые вос­ производимые механические и физические свойства композита в готовых изделиях. В отличие от традиционных приемов поэтапное формование толстостенных цилиндров позволяет пол}Ч1ать намо­ точные изделия с существенно стабильными свойствами композита. Однако в случае формования при полном цикле отверждения про­ межуточных полуфабрикатов, вырезанных из готовых изделий так, чтобы середина образца приходилась на границу раздела, наблюда­ ется систематическое отклонение характеристик в ту или иную сто­ рону, в зависимости от природы данного параметра. Это объясня­ ется тем, что для повышения адгезионной прочности и создания монолитной структуры композита перед намоткой последующих слоев на поверхность каждого предыдущего слоя полуфабриката наносится слой эпоксидного связующего холодного отверждения.

Таким образом, применяя в производстве толстостенных намо­ точных конструкций метод поэтапного формования, можно не только регулировать распределение остаточных напряжений в процессе из­ готовления тех или иных конструкционных элементов, но и созда­ вать монолитные намоточные изделия со стабильными механиче­ скими свойствами. Для поэтапного формования толстостенных из­ делий рекомендуется режим намотки с возрастающим натяжением.

Литература

1. Бривманис, Р.Э. Экспериментальное определение остаточных напряжений при намотке однонаправленных стеклопластиков /Р.Э. Бривманис // «Механика полимеров». - 1967. - № 1. - С. 827-832.

2. Остаточные напряжения в намоточных элементах конструк­ ций из армированных пластиков / В.В. Болотин и др.; под общ.ред. В.В. Болотина / ЦНИИ информации. - 1977. - 138 с.

282