Диссертация (1024786), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Каждому комплексу геометрических и структурныхпараметровоболочкисоответствуетопределенноезначениекритическойнагрузки q.Дляоценкикритическихнагрузоккомпозитныхоболочексверхуиспользуются формулы, полученные на основе концепции Эйлера. Они наиболееполно представлены С. Н. Сухининым в работе [119].Если предположить, как это делает П. И. Болтаев [10], что критическаянагрузка q имеет экспоненциальную зависимость от входящих параметров, то вмногомерном пространстве геометрических, структурных и упругих параметров влогарифмических координатах она может быть представлена в виде уравнениягиперплоскостиlg q  a1 lg( L / R)  a2 lg( H / R)  ...  ak lg( П )  Си, следовательно, можно ожидать, что экспериментальные значения должны снекоторымиотклонениямитакжеаппроксимироватьсяуравнением128гиперплоскости.

В работе [10] представлена методика сопоставления исогласования расчетных и экспериментальных значений несущей способностислоистых оболочек, работающих при сжимающих нагрузках. Она используетуказанные допущения и процедуры корректировки расчетных значений поимеющимся экспериментальным данным.При проектировании элементов конструкции, представляющих собоюкомпозитные оболочки вращения, для получения оценки их критических нагрузоктрадиционнымспособомсиспользованиемконцепциинижнейграницынеобходимо наличие обширной базы данных по экспериментально определеннымкоэффициентам снижения классических критических нагрузок, многократнопревышающую аналогичную базу данных для изотропных оболочек.Применение динамического критерия устойчивости открывает возможностьна расчётной основе по исходной конструкторской документации получатьнадёжный прогноз тех критических нагрузок, при превышении которых возникаетвероятность потери оболочками устойчивости.

Следует отметить, что при этом нетребуется решать нелинейные задачи и накапливать сведения о характере малыхвозмущающих факторов, способных вызывать отклонение экспериментальныхзначений критических нагрузок от их расчетных значений. Примером томуслужат расчеты по оценке величины коэффициентов устойчивости композитныхслоисто-волокнистых цилиндрических оболочек при осевом их сжатии.Результатыцилиндрическихэкспериментальногооболочек,изучениявыполненныхизустойчивостимонолитныхуглепластикаКМУ-1ЛМ,опубликованы в работе А.Е. Ушакова и В.А. Киреева [125]. Испытанияпроводилась для оболочек с укладкой слоев типа [0/90/  45].

Различаясь схемойармирования, толщиной стенки, числом монослоев и длиной, оболочки имелипримерно одинаковый средний диаметр – 790 мм. Ряд оболочек испытывался вусловиях повышенной температуры (Т = 1000С, 1200С, 1700С.). Нагружениеосевой сжимающей нагрузкой оболочек осуществляли ступенями вплоть домомента разрушения, которое для всех рассмотренных вариантов схемыармирования носило катастрофический характер и происходило хлопком с129образованием в рабочей части кольцевой наклонной трещины.

При осмотреразрушенных оболочек не было обнаружено явных признаков волнообразованияот потери устойчивости.ХарактеристикинормальнойиупругостиповышенноймонослоятемпературеуглепластикаприведенывКМУ-1ЛМприТаблице2.10.Геометрические параметры, варианты схемы армирования, а также результатыиспытаний и расчетов параметра сжатия k l слоистых углепластиковых оболочек,при превышении которых прогнозируется вероятность исчерпания ими несущейспособности в силу потери устойчивости, приведены в Таблице 2.11, в которойкоэффициенты устойчивости k уст получены как отношение экспериментальногокрзначения критической силы Pэк теоретическому значению Pткр этой силы.Таблица 2.10.Характеристики упругости монослоя углепластика КМУ-1ЛМT, оС, МПа20100120170135000121667118334110000, МПа, МПа5000393336663000Для получения численных результатов4500330030002250Pткр  2RT1кр 120,280,2640,260,25в работе былииспользованы формулыТ1кр  kортТ10 ;2k орт кр2 F1 ( кр )F2 ( кр )T10 ;2B2 D1 (1 -  12 21) ;R2k орт1;( 1   2 ) 2  ( 2  1 )(1 2   21 )  ( 1   2 ).1 2   21(2.90)130Таблица 2.11.Параметры и схемы армирования оболочек из углепластика КМУ-1ЛМНомероболочкиСхема армированияT, оС1120[90/02/90/±45/90/0]s16 слоев220312041703,80 105,0 33,80,8551703,70 107,3 34,31,1161703,40 115,9361,0071703,70 109,7340,8281703,30 120,03491703,45 114,5 35,80,54101703,25 122,0 36,80,80111703,30 119,7 19,80,93121703,45 115,0 17,90,430,711320[90/03/90/(±45)2/90/0/01/2]s3,8910416,70,400,651410023 слоя4,0993,416,70,360,83151703,82105310,270,31161704,0996,330,30,260,5117100[90/03/90/(±45)2/0/90/03/2]s4,6983,827,40,600,751817025 слоев4,6484,727,50,420,4819100[(90/02)2/90/(±45)2/0/90/03/2]s 5,0777,726,60,570,72201005,0777,714,40,430,50211705,0777,926,60,400,59221705,0777,714,40,420,69h,мм R/hzklkуст2,90 135,8 38,85 0,220,65[90/02/90/±45/90/03/901/2]s3,50 113,0 32,90,300,7921 слой3,40 101,2 35,70,280,9529 слоев0,290,41131Используемые в формулах (2.90) коэффициенты – параметры анизотропиимногослойныхортотропныхоболочекопределяютсяследующимисоотношениями:1 1 4 D12B (1  12 21) 2 21 ;  2  22 2 21 ;D11B12(2.91)D22B;  2  22 .D11B11В (2.91) операторы Fi ( ) определяются соотношениями:Fi ( )  1  i 2  i 4 ; (i  1, 2);  n / ;   mR / l(2.92)гдеm – число полуволн в меридиональном направлении;n – число волн в кольцевом направлении.Рис.

2.46. Зависимость экспериментальных ( k уст ) и расчетных ( kl )коэффициентов устойчивости углепластиковых оболочек от параметра R / hОпределение параметра kl , при превышении которого прогнозируетсявероятность потери устойчивости оболочки, осуществлялась путем применениярасчетов с помощью программы «Прогнозирование несущей способностикомпозитныхцилиндрическихпредназначеннойдляоболочеквыполненияприрасчетовосевомслоистыхсжатии»[79],углепластиковых132цилиндрических оболочек с произвольным характером расположения слоев впакете. Результаты расчетов представлены на Рис. 2.46 и 2.47 в зависимости отбезразмерныхпараметровотносительнойтолщиныR/hидлиныz  L4  2 (1   12 21 / RH .Рис.

2.47. Зависимость экспериментальных ( k уст ) и расчетных ( kl )коэффициентов устойчивости углепластиковых оболочек от параметра zСопоставлениепараметровklсэкспериментальнымизначениямикоэффициентов устойчивости k уст , определенными для всех 22 углепластиковыхоболочек показало, что во всех рассмотренных случаях выполняется неравенствоk уст  kl .Таблица 2.12.Расчетные и экспериментальные значения параметров k L и k эксуглепластиковых и стеклопластиковых оболочекklkэксR/HzH (мм)kортβ2Иисточник0,400,370,430,370,260,260,290,250,270,420,460,500,420,510,310,540,340,5553,376,977,985,596,3105114121,9138,033,131,514,432,030,331,035,828,234,80,721,005,071,104,093,823,450,770,680,7340,9710,6720,6390,7210,7210,5950,6300,6271,433,260,7912,530,7440,7440,74250,751,36[32][39][125][32][125][125][125][32][32]133Результаты определения параметровklдля тех из 103 оболочек,исследованных в работах [6,33,38,39,118,125], у которых экспериментальныезначения критических усилий сжатия в два-три раза ниже расчетных значений ихклассических верхних критических усилий сжатия, представлены в Таблице 2.12и на Рис.

2.48.Рис. 2.48. Прогнозирование положения нижней границыэкспериментальныхзначенийкоэффициентовустойчивостистеклопластиковых и углепластиковых оболочекЭкспериментально-теоретическиеисследованияуглепластиковыхцилиндрических оболочек, испытанных на осевое сжатие, были проведены вЦентре прочностных исследований ЦНИИмаш.Характеристики материалов монослоев оболочек приведены в Таблице 2.13.Таблица 2.13.Характеристики материалов монослоев оболочекМатериалE1, кгс/мм2 E2, кгс/мм2 G, кгс/мм2 12УКН-M-6К122409183880,35HTS40F1312R80011220.9183880,30Русар86709183880,35Армос71409183880,30Все оболочки имели одинаковые внутренний диаметр d=380 мм и длинуl=570 мм.

Толщины оболочек, входивших в каждую из 4-х партий, представленыв Таблицах 2.14 - 2.17. В каждой партии присутствовали оболочки с заложеннымина этапе изготовления дефектами в виде непроклеев.134Таблица 2.14.Толщины оболочек в партии со схемой армирования(90/0/90/90/0/90/90/0/90)Зав. №моделиМатериал Толщины оболочек имонослоев, ммH  3,21;R / H  59.7;hк  0,2; hп  0,67.H  3,13.R / H  61.2;hк  0,2; hп  0,64.01-00701-00801-012УКН-5000H  2,82. R / H  67.9;hк  0,2; hп  0,54.01-011непроклейH  2,82. R / H  67.9;hк  0,2; hп  0,54.02-01302-014H  2,63. R / H  72.2;hк  0,2; hп  0,48.HTS02-015H  2,94. R / H  64.6;hк  0,2; hп  0,58.02-016непроклейH  2,94.

R / H  64.6;hк  0,2; hп  0,58.02-017непроклейH  2,71. R / H  70.1;hк  0,2; hп  0,5.02-018непроклейH  2,71. R / H  70.1;hк  0,2; hп  0,5.03-001УКН-M-6КнепроклейH  2,71. R / H  70.1;hк  0,2; hп  0,5.03-002непроклейH  2,55. R / H  74.5;hк  0,2; hп  0,45.03-003непроклейH  2,86. R / H  66.4;hк  0,2; hп  0,553.03-004непроклейH  2,71. R / H  70.1;hк  0,2; hп  0,5.Формы непроклеев:- № 01-011 квадратная, а=150 мм;- № 02-016 квадратная, а=250 мм;- № 02-017 квадратная, а=50 мм;- № 02-018 квадратная, а=150 мм;- № 03-001 прямоугольная, а=150 мм;- № 03-002 прямоугольная, а=150 мм;- № 03-003 эллиптическая, а=130 мм;- № 03-004 эллиптическая, а=130 мм.135Таблица 2.15.Толщины оболочек в партии со схемой армирования(90/±30/90/±30/90/±30)Зав.

№моделиМатериал Толщины оболочеки монослоев, ммH  2,82.hк  0,2;R / H  67,9hx  0,37.H  2,82.hк  0,2;R / H  67.9;hx  0,37.01-006H  2,89.hк  0,2;R / H  66.2;hx  0,38.01-005непроклейH  2,89.hк  0,2;R / H  66.2;hx  0,38.01-003H  2,82.hк  0,2;R / H  67.9;hx  0,37.02-001H  2,74.hк  0,2;H  3,34.hк  0,2;R / H  69.8;hx  0,36.R / H  56.9;hx  0,457.02-002H  3,26.hк  0,2;R / H  58.3;hx  0,443.02-003H  3,42.hк  0,2;R / H  55.6;hx  0,47.H  3,26.hк  0,2;R / H  58.3;hx  0,443.02-005H  3,34.hк  0,2;R / H  56.9;hx  0,457.02-006непроклейH  3,18.hк  0,2;R / H  59.7;hx  0,43.H  3,02.hк  0,2;R / H  62.9;hx  0,4.01-00101-002УКН-5000HTS01-004Русар02-004непроклей03-009непроклейУКН-M-6К03-010Формы непроклеев:- № 01-005 круглая, d=150 мм;- № 02-004 круглая, d=150 мм;- № 02-006 квадратная, а=150 мм;- № 03-009 эллиптическая, а=130 мм.136Таблица 2.16.Толщины оболочек в партии со схемой армирования(90/0/±45/90/0/±45)Зав.

Характеристики

Список файлов диссертации