Автореферат диссертации (1141564), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Корректность определенной формы образца быладоказана полученными в ходе лабораторных испытаний всеми тремя видамиразрушения технической ткани с покрытием при одноосном внеосевомрастяжении (рисунок 3).0°15°30°45°60°75°Рисунок 3. Основные виды разрушения технических тканей с покрытием при одноосномвнеосевом растяжении: разрыв нитей (0°, 15°, 75°), вытягивание нитей (45°),комбинированный (30°, 60°)По результатам лабораторных испытаний при одноосном внеосевомрастяжении были построены графики (рисунок 5), на которых показаназависимость предельной прочности материала при растяжении от углаприложения нагрузки.Рисунок 4.
Образец технической ткани спокрытием в форме гантели для испытанияпри одноосном внеосевом растяженииРисунок 5. Предельная разрывная прочностьтехнических тканей с покрытием приодноосном осевом и внеосевом растяженииПо результатам обработки экспериментальных данных были построеныграфики зависимостей напряжений от деформаций, в которых нагляднопрослеживается физическая нелинейность материала (рисунок 6). Былоустановлено, что коэффициент Пуассона не является постоянной величиной.11Предельная разрывная прочность материала в испытаниях при растяжениипри приближении к углу 45° уменьшается (рисунок 5), а деформацииувеличиваются (рисунок 6).
Предельная разрывная прочность при растяжении понаправлению нитей утка значительно ниже, чем у нитей основы. Это объясняетсясложной структурой технических тканей с покрытием из-за особенностейпроизводства материала.На рисунке 6 отчетливо видно, что у технической ткани с покрытиемкомпании Serge Ferrari, изготовленной по технологии Precontraint, работаматериала под нагрузкой по направлению нитей утка (90°) более идентична сработой нитей основы (0°), чем у технической ткани с покрытием Polymar 8212,изготовленной без данной технологии.а)б)Рисунок 6.
Графики зависимостей напряжений от деформаций при одноосном растяженииматериала: а) Polymar 8212, б) 402 PrecontraintДля подтверждения предложенной в работе расчетно-экспериментальнойметодики по определению значения модуля сдвига в материале были проведенылабораторные испытания при двухосном растяжении со сдвигом.
Данный видиспытания необходим для создания сложного напряженно-деформированногосостояния с одновременным действием нормальных и касательных напряжений втехнической ткани с покрытием. Коэффициент соотношения нагрузки по основе иутку в лабораторных испытаниях принимался: 1:1, 1:2, 1:4 (основа:уток). Нарисунке 7 представлено измерение полей перемещений точек на поверхностиобразца при использовании оптического метода корреляции цифровыхизображений. По результатам испытаний были построены графики зависимостейнапряжений от деформаций (рисунок 8).Результаты проведенных лабораторных испытаний подтвердили, что модульсдвига является важной механической характеристикой, влияющей нанапряженно-деформированное состояние материала, а также явилисьпредпосылкой создания новой расчетно-экспериментальной методики поопределению значения модуля сдвига в технических тканях с покрытием.12Рисунок 7. Измерение полейперемещений на поверхности образцапо направлению нитей утка придвухосном растяжении со сдвигомРисунок 8.
Графики зависимостей напряжений отдеформаций при двухосном растяжении со сдвигом сразным соотношением нагрузокВ третьей главе представлен анализ современных математических моделей,описывающих поведение технических тканей с покрытием под нагрузкой,работающих в составе строительных конструкций, который позволил выявить ихпреимущества и недостатки, и определить возможность адекватного применениямоделей для описания поведения материала под нагрузкой.В работе показано влияние типа ткацкого переплетения на напряженнодеформированное состояние технических тканей с покрытием по результатамчисленного моделирования поведения материала под нагрузкой на микроуровне.Выявлено, что различные типы ткацких переплетений при одноосномнапряженно-деформированном состоянии не оказывают существенного влиянияна напряжения в материале (различие от 1% до 3%).
Однако тип ткацкогопереплетения оказывает существенное влияние на деформации техническихтканей с покрытием (различие от 10% до 25%). Менее деформативный типткацкого переплетения полотняный, более деформативный - «рогожка 2х2».Всесторонний анализ исследований, проведенных в работе Vandenboer K.,которая посвящена численным экспериментам, имитирующим проведенныелабораторные испытания при растяжении технических тканей с покрытием, вывилвозможность применения для учета физически нелинейного ортотропногоповедения материала под нагрузкой упруго-пластичную ортотропную модель покритерию текучести Хилла. В работе Vandenboer K.
показана хорошаякачественная и количественная корреляции между результатами лабораторныхиспытаний и численных экспериментов с применением данной модели.В настоящей диссертации была разработана расчетно-экспериментальнаяметодика (рисунок 9) по определению значения модуля сдвига в техническихтканях с покрытием, суть которого заключается в последовательных исовмещенных между собой теоретических и экспериментальных исследованиях.Первая часть предложенной расчетно-экспериментальной методики –экспериментальная, состоящая из лабораторных испытаний при одноосном осевом13и внеосевом растяжении. Вторая часть - теоретическая, включающая численныеэксперименты (рисунок 10), имитирующие проведенные лабораторные испытания.Рисунок 9.
Блок-схема расчетно-экспериментальной методики по определению значениямодуля сдвига в технических тканях с покрытиемРисунок 10. Напряженно-деформированное состояние технической ткани с покрытием вчисленных экспериментах14В численных исследованиях использована физически линейная и нелинейнаямодели поведения материала под нагрузкой, а также показана возможностьприменения критериев прочности композитных материалов к оценке ипрогнозированию предельной прочности при растяжении технических тканей спокрытием (рисунок 11).а)б)Рисунок 11. Сравнение предельной разрывной прочности технической ткани с покрытием приодноосном осевом и внеосевом растяжении: а) Polymar 8212, б) 402 PrecontraintВ таблице 1 приведены коэффициенты надежности кратковременнойпрочности, вычисленные по результатам лабораторных испытаний и с помощьюкритериев прочности в численных экспериментах. Под коэффициентомнадежности кратковременной прочности в данном случае подразумеваетсяотношение предельной разрывной прочности материала при растяжении потехническим каталогам к разрывному усилию, полученному при лабораторномиспытании в момент разрушения технической ткани с покрытием.По результатам экспериментально-теоретических исследований, проведенныхв третьей главе, сделаны следующие основные выводы:- найдено минимально необходимое и достаточное количество лабораторныхиспытаний для определения основных механических характеристик материала длячисленного моделирования работы технических тканей с покрытием поднагрузкой, работающих в составе строительных конструкций;- выявлено, что касательные напряжения вносят существенный вклад внапряженно-деформированное состояние технических тканей с покрытием приодноосном внеосевом и двухосном растяжении со сдвигом;- в целом, в численных исследованиях с применением физически линейной инелинейной ортотропной модели поведения материла под нагрузкой ипрогнозирования с помощью критерия прочности Tsai-Hill предельной разрывнойпрочности при растяжении прослеживается хорошая корреляция с лабораторнымииспытаниями, кроме углов 15° и 75°, что можно объяснять особенностямисложной структуры технических тканей с покрытием;- показано, что критерии прочности Tsai-Hill и Hashin адекватно подходят дляпрогнозирования предельной прочности материала при растяжении при15одноосных осевых и внеосевых испытаниях, а при двухосном растяжении сосдвигом с разным соотношением нагрузок - критерий прочности Yeh-Stratton;- предложена расчетно-экспериментальная методика по определениюзначения модуля сдвига в технических тканях с покрытием по результатамэкспериментально-теоретических исследований поведения материала поднагрузкой, обладающая по сравнению с существующими методикамиследующими преимуществами:• для проведения испытаний необходимо лишь наличие одной однооснойразрывной машины;• не требует высоких навыков от исследователя и дополнительногооборудования;• сокращает временные и материальные затраты;• увеличивает скорость проведения и обработки результатов испытаний.Таблица 1.
Сравнение коэффициентов надежности кратковременной прочности поразличным критериям прочностиЛабораторные испытания при одноосном осевом и внеосевом растяжении Polymar8212Критерий прочности / Коэффициент надежности кратковременной прочностиУгол прииспытанииЭкспериментTsai-HillYeh-StrattonHashinNorris0°1.031.311.151.341.3315°1.481.641.871.761.6430°1.561.692.151.781.6945°1.641.612.091.591.6160°1.481.842.281.611.8475°1.361.221.481.311.2290°1.241.451.201.451.45Лабораторные испытания при двухосном растяжении со сдвигом Polymar8212Соотношение Критерий прочности / Коэффициент надежности кратковременной прочностинагрузокЭкспериментTsai-HillYeh-StrattonHashinNorris1:12.462.192.562.092.191:22.232.022.381.632.021:42.231.972.311.611.97В четвертой главе было проведено испытание строительной конструкции изтехнической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида принесимметричной равномерно-распределенной нагрузке.Основными целями проведения испытания были:- проверка выдвинутой научно-технической гипотезы о том, учет сдвиговойжесткости позволяет полно и достоверно определить напряженнодеформированное состояние и прогнозировать поведение строительныхконструкций из технический тканей с покрытием под действием нагрузки;- проверка достоверности разработанной расчетно-экспериментальнойметодики по определению значения модуля сдвига в материале;- проверка возможности адекватного применения в численных расчетахстроительных конструкций в программе ANSYS нелинейной ортотропной моделиповедения технических тканей с покрытием под нагрузкой - упруго-пластичнойортотропной модели по критерию текучести Хилла.Для проведения эксперимента была разработана методика проведенияиспытания строительной конструкции из технической ткани с покрытием в форме16гиперболического параболоида.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
