Диссертация (1025947), страница 9
Текст из файла (страница 9)
при помощи калориметра, ИК-спектрометра,70с использованием оптической системы эллипсоидального коллектора, а также сиспользованием двух вращающихся полостей.Рис. 3.5. Схема измерения коэффициента отражения на двухлучевомспектрофотометре с интегрирующей сферой: 1 – образцовый луч;2 – сравнительный луч; 3 – стенка интегрирующей сферы;4 – измеряемый образец; 5 – образец сравненияОтражательная способность в спектральном диапазоне от 3 мкм до 40 мкмопределялась с помощью инфракрасного рефлектометра ТРМ-3 по методуизмеренияинтегральногодиффузногоотраженияотповерхностиэкспериментальных образцов материалов с использованием собирающегозеркального эллипсоида и интегрирующей сферы (Рис. 3.6).
Облучениеповерхности образцов осуществлялось модулированным тепловым излучением,соответствующим источнику, близкому к абсолютно черному телу притемпературе 70°С. Угол падения составлял 12 град с нормалью к поверхностиобразца.В результате проведенного эксперимента были получены значенияпоглощательной и отражательной способности исследуемых материалов вспектре солнечного излучения, а также излучательной способности в ИКдиапазоне (Таблица 3.2).
Зависимости поглощения различных ГПКМ от длины71волны приведены на Рис. П.7, а зависимость коэффициента поглощения от углападения лучей – на Рис. П.8.абРис. 3.6. Рефлектометр инфракрасный ТРМ-3: а – внешний вид прибора;б – оптическая схема (1 – зеркальный эллипсоид; 2 – измерительный приемникпироэлектрический ПП 06; 3 – интегрирующая сфера;4 – модулируемый инфракрасный излучатель EMIRS200; 5 – измеряемыйобразец; 6 – экран)Таблица 3.2.Результаты определения оптических характеристик материалов.Наименование иномер образцаRS200-2500нмAS200-2500нмОбразец № 1Образец № 2Образец № 3Образец № 4Образец № 50,3480,1730,3260,3370,0780,6520,8270,6740,6630,922εТРМ-33-40мкм0,8680,9360,9230,9270,92472Теплопроводностьвнаправлении,перпендикулярномплоскостиармирования, (λ┴), а также удельная теплоемкость ГПКМ определись припомощи метода лазерной вспышки согласно стандарту ASTM E1461-07 спомощью установки Laser Flash Apparatus LFA 457 MicroFlash (NETZSCH,Германия) (Рис.
3.7).ОбразцыГПКМподвергалисьдействиювысокоинтенсивногократковременного лазерного излучения. Энергия излучения поглощалась нафронтальной поверхности образца, в результате чего температура поверхностипротивоположнойповерхностивозрастала.Температуропроводностьвычислялся с учетом толщины образца и времени, необходимого для нагреваниятыльной поверхности образца до половины от максимальной температуры, поформуле: = 0,13879 ∙21/2,где а – температуропроводность; L – толщина образца; t1/2 – время, необходимоедля нагревания тыльной поверхности образца до температуры равной 50% отмаксимальной (т.е.
на фронтальной поверхности).Рис. 3.7. Внешний вид прибора LFA 457 MicroFlashДалее по известным значениям теплоемкости и плотности образцоввычислялась теплопроводность:λ () = () · () ∙ ρ(),73где – удельная теплоемкость, ρ – плотность образца.Образцы ГПКМ представляли собой круглые пластины диаметром 12,5 мми толщиной 4 мм (Рис. 3.8, а-д).абвгдРис. 3.8. Образцы ГПКМ для определения удельной теплоемкости итеплопроводности с различным содержанием СП/УП:а – 100/0; б – 75/25; в – 50/50; г – 25/75; д – 0/10074Результатыизмеренийтеплопроводностивнаправлении,перпендикулярном плоскости армирования, а также удельной теплоемкостиобразцов ГПКМ в температурном диапазоне от минус 50 до плюс 150ºСприведены на Рис.
3.9.Рис. 3.9. Результаты определения теплопроводности в направлении,перпендикулярном плоскости армирования, ГПКМ с различнымсоотношением СП/УП: 1 – 0/100; 2 – 25/75; 3 – 50/50;4 – 75/25; 5 – 100/0В результате проведенных расчетно-экспериментальных исследованийбыло выявлено линейное снижение теплопроводности ГПКМ в направлении,перпендикулярном плоскости армирования, с повышением температуры.ЗначениетеплопроводностиГПКМвнаправлении,перпендикулярномнаправлению армирования, с различным соотношением СП/УП лежит вдиапазоне от 0,44 до 1,05 Вт/(м·К) при температуре от минус 50ºС, и в диапазонеот 0,23 до 0,56 при температуре плюс 150ºС (для «чистого» СП и «чистого» УПсоответственно).75Экспериментальное определение теплопроводности ГПКМ в плоскостиармирования.
Определение теплопроводности ГПКМ в плоскости армированияпроводилось с использованием оригинальной методики, апробированной в [224].Схема экспериментальной установки приведена на Рис. 3.10. Методикаопределения теплопроводности в плоскости армирования подразумевалнеравномерный нагрев образцов ГПКМ в форме прямоугольной пластины подлине и равномерный – по толщине и ширине. При этом края образца (1)закреплялись между двумя нагревательными элементами (3). Нагреватели (3)были зажаты между медными пластинами (2) для выравнивания температурногополя по ширине образца.Контроль температуры проводился с помощью ХА термопар (5), одна изкоторых размещалась по центру образца (датчик 3), а две (датчики 4 и 5) – покраям на расстоянии 20 мм от центра образца.
Датчики 1 и 2 предназначалисьдля контроля температуры нагревателей (Рис. 3.11). Экспериментальныетермограммы, полученные в ходе проведения эксперимента с образцом ГПКМ ссоотношением СП/УП=50/50 приведены на Рис. 3.12.Рис. 3.10. Экспериментальная установка исследования теплопроводностиКМ в плоскости армирования [224]: 1 – образец; 2 – медные пластины;3 – нагревательные элементы; 4 – стойки; 5 – термопары; 6 – основание76Чтобыисключитьвоздействиесвободнойконвекцииустановкаконтактного нагрева на время проведения эксперимента была помещена ввакуумную камеру. При прогнозировании эксперимента использовалась модельодномерной теплопроводности для термически тонкого тела [218].Определение теплопроводности ГПКМ плоскости армирования λ‖‖осуществлялось методом перебора с помощью численного моделированияпрогрева экспериментального образца.
В качестве граничных условий былиприняты экспериментальные термограммы датчиков температуры 4 и 5(Рис. 3.12).Рис. 3.11. Схема размещения термопар на образце ГПКМРис. 3.12. Экспериментальные термограммы, полученные на образце изГПКМ: 1 – температура у нагревателя 1; 2 – температура у нагревателя 2;3 – температура в центре образца77Значения степени черноты поверхности образца от температуры такжебыли получены экспериментально (Таблица 3.2). Предполагалось, что значениятеплопроводности в плоскости армирования исследуемого ГПКМ могут лежатьвдиапазонеот3до5 Вт/(м·К).Максимальноточноесовпадениеэкспериментальной термограммы центрального датчика 3 с расчетнойзависимостью при заданном служило критерием останова вычислений.Наилучшее совпадение расчетно-экспериментальных данных было достигнутопри значении теплопроводности ГПКМ в плоскости армирования равной3,00+0,25 Вт/(м·К) (Рис.
3.13). При этом максимальное различие междурасчетными и экспериментальными данными не превысило 2%.Результаты расчетно-экспериментального определения теплопроводностиГПКМ в плоскости армирования и направлении, перпендикулярном плоскостиармирования,былииспользованыпримоделированиитемпературногосостояния крыла МКА ТК.Рис. 3.13. Расчетные термограммы для различных значенийтеплопроводности в плоскости армирования783.3. Теоретическое определение упруго-прочностных характеристикматериалов крылаДля определения прогибов крыла МКА ТК необходимо обладатьсведениями об упруго-прочностных характеристиках его материалов. Влитературных данных, как правило, представлены значения модулей упругостии прочности для отдельных компонентов ПКМ (армирующих волокон исвязующих) или же для моноармированных ПКМ («чистых» СП и УП).
Согласно[187, 189] упруго-прочностные характеристики ПКМ могут быть определены изсоотношений:1 = ∙ + · ,2 = ∙ ∙ + ·,12 = ∙ + · , = =12 =,2(1+ ),2(1+ ) ∙ ∙ + ·21 = 2 ∙121,,где Е1, E2 – модуль упругости вдоль и поперек направления армированиясоответственно; 12 , 12 – коэффициент Пуассона; , – модуль сдвигасвязующего и волокон соответственно.Матрицы податливости и жесткости монослоев определяются поформулам:10 =−211−[ 122112000 = 0−1 ,00],179cos(ξ)22() = [ sin(ξ)12sin(ξ)2cos(ξ)2−sin(2ξ)sin(2ξ) ],1sin(2ξ) − sin(2ξ)2cos(2ξ) (ξ) = (ξ) ∙ 0 ∙ (ξ) T ,где S0УП, 0УП – матрицы податливости и жесткости однонаправленного слоясоответсвенно; (ξ) – матрица поворота; ξ – угол армирования монослоя; (ξ)– матрица упругости для монослоя, ориентированного под углом ξ.Исходные данные для определения упруго-прочностных характеристикисследуемых в настоящей работе ГПКМ приведены в Таблицах 3.3, 3.4.Таблица 3.3.Упруго-прочностные характеристики компонентов ГПКМ.ОбозначениехарактеристикиНаименованиехарактеристикиЕд.измер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
