Диссертация (1141565), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

В работе [139] сказано, что при данном методе испытания трудно количественноопределить какая часть приложенной нагрузки приводит к касательным напряжениям, а какаячасть к нормальным напряжениям.86Рисунок 2.19. Основные виды испытания для определения значения модуля сдвига втехнических тканях с покрытием (рисунок взят из работы [157])В работе [206] были исследованы два типа преднапряженных (Precontraint) техническихтканей с покрытием. Были проведены серии одноосных испытаний при растяжении материала вразных направлениях (0°, 5°, 15°…85°, 90°) и с разными скоростями нагружения (10 мм/мин, 25мм/мин…500 мм/мин). Рассмотрены механизмы разрушения материала с учетом различныхнаправлений и скоростей. С увеличением поворота внеосевого угла испытания, прочностьматериала уменьшается, а удлинение при разрыве увеличивается.

Разрушение техническихтканей с покрытием при внеосевом растяжении происходит по трем основным видам:вытягивание нитей, разрыв нитей и комбинация из этих разрушений (рисунок 2.20).Вытягивание нитей типично для испытаний с углом близким к 45°, обрыв нитей характерен прииспытаниях с углами близкими к 0° и 90°. Комбинация из вытягиваний и разрыва нитейсвойственна испытаниям с промежуточными углами (между 0° и 45°, 45° и 90°).

С увеличениемскорости нагружения, прочность на растяжение увеличивается, в то время как деформации в87материале уменьшаются. В работе [206] было применено несколько классических критериевпрочности композитных материалов: Tsai-Hill, Yeh-Stratton, Hashin и Zhang criterion. Показано,что все выбранные критерии прочности достаточно точно описывают и предсказываютпредельную прочность технических тканей с покрытием при растяжении. Однако, приприменении критериев прочности к углам 15° и 75° появляются отклонения от результатовлабораторных испытаний.

Это связано со сложной моделью разрушения и неоднороднойструктурой материала. В данной работе [206] не сказано, как именно было определено значениемодуля сдвига в материале и какое значение модуля сдвига принималось в численноммоделировании работы технической ткани с покрытием под нагрузкой.а)б)в)Рисунок 2.20. Основные виды разрушения технической ткани с покрытием при внеосевомрастяжении: а) разрыв нитей б) вытягивание нитей в) комбинированный(рисунки взяты из работы [206])В статье [144] проведены аналогичны исследования, как и в работе [206], толькоскорость нагружения материала была постоянной.

Рассматривалась обычная техническая тканьс покрытием из поливинилхлорида. Выявлено три модели разрушения материала: вытягиваниенитей, разрыв нитей и комбинация из этих двух видов разрушений. Основные выводы даннойстатьи совпадают с заключениями, сделанными в работе [206]. Значение модуля сдвига вматериале было найдено из уравнений (2.1) для ортотропного и упругого материала придействии растягивающих нагрузок.1 cos 4   1 2 12 sin 4 22cossin,ExE1GEE 121 2 xyEx12  111 212 22   cos   sin  ,E1  E1 E2 G12E1 (2.1)11  111 212 22   4 cos   sin  ,Gxy G12  E1 E2 G12E1 где 1 и 2 - направление вдоль нитей основы и утка соответственно (материальные оси),х и у – направление приложения нагрузки, и перпендикулярное ему направлениесоответственно,88E - модуль Юнга,G - модуль сдвига,- коэффициент Пуассона, - угол при внеосевом растяжении относительно основного направления 1.Однако, в выводах сказано, что материал является ортотропным и упругим, когданагрузка не превышает 20% от предельной разрывной прочности материала.

Поэтомууравнения для определения значения модуля сдвига в материале могут быть использованытолько в этой области работы технических тканей с покрытием.Во многих исследованиях представлены графики зависимостей касательных напряженийот деформаций сдвига (рисунок 2.21). Анализируя результаты испытаний (рисунок 2.21) можнопринять модуль сдвига постоянным и пренебречь небольшим нелинейным соотношениеммежду сдвиговыми деформациями и касательными напряжениями в материале.Рисунок 2.21. Графики зависимостей касательных напряжений от сдвиговых деформаций вразличных видах технических тканей с покрытием в испытании(рисунки взяты из работы [158])Далее, чтобы подтвердить и верифицировать предложенную в диссертации расчетноэкспериментальную методику, суть которого изложена в разделе 3.3, необходимо былопровести собственные лабораторные испытания и выполнить численное исследованиеповеденияматериалаподнагрузкойсиспользованиемпредложеннойрасчетно-экспериментальной методики.2.3.Подготовка к проведению лабораторных испытанийОдной из основных целей проведения в диссертационной работе собственныхлабораторных испытаний является разработка усовершенствованной методики их проведения и89предложения ее в качестве составляющей части новой расчетно-экспериментальной методикипо определению значения модуля сдвига в технических тканях с покрытием.

Как правило,производитель материала не приводит в своих технических каталогах значение модуля сдвига.Это ведет к невозможности корректного численного моделирования работы технических тканейс покрытием под нагрузкой, работающей в составе строительных конструкций и сооружений.Другая цель состоит в том, что исследования поведения материала при внеосевомрастяжении с достаточно большим диапазоном углов 15°, 30°, 45°, 60°, 75° (0° - направлениевдоль нитей основы, 90° - вдоль нитей утка) в отечественной литературе практически невстречаются, а необходимость в этом исследовании существует, что доказано западнымиисследованиями в этой области.Достоверность лабораторных испытаний подтверждается использованием поверенногоиспытательного оборудования и приборов, проведением испытаний по методикам нормативныхдокументов, обработкой результатов экспериментов статистическими методами, достаточнымколичеством проведенных опытов, обеспечивающих адекватность и воспроизводимостьрезультатов.2.3.1.

Оборудование для проведения лабораторных испытанийЛабораторные испытания технических тканей с покрытием были проведены вКостромском государственном университете (КГУ) на кафедре теории механизмов и машин.Испытательное оборудование представляет собой разрывную машину (рисунок 2.22),состоящую из: станины, модулей линейного перемещения (рисунок 2.23), металлическихпланок-зажимов и сервопривода, включающего инкрементный преобразователь угловыхперемещений (инкрементный энкодер), электромотор с редуктором, блок питания иуправления.Разрывная машина подключена к персональному компьютеру (рисунок 2.24). Дляуправления и считывания результатов была использована специализированная программаSTRAIN v1.0 (рисунок 2.25). Испытательное оборудование имеет необходимые документы оповерке.90Рисунок 2.22.

Общий вид разрывной машиныРисунок 2.23. Общий вид модулей линейного перемещения разрывной машиныРисунок 2.24. Общий вид персонального компьютера для управления разрывной машиной91б)а)Рисунок 2.25. Программа STRAIN v1.0: а) полное название, б) прописанные команды впрограмме для проведения лабораторного испытания при одноосном растяженииДля установления зависимости усилий на электромоторе и растягивающими усилиями вобразце (на зажимах) была произведена тарировка испытательного оборудования в обоихнаправлениях с помощью динамометра ДПУ-0.5-2 (рисунок 2.26). Была выполнена тарировкалинейных перемещений данных модулей.Рисунок 2.26.

Тарировка испытательного оборудования помощью с динамометра ДПУ-0.5-2Согласно ГОСТ 29104.4-91 [85] во избежание проскальзывания или среза образца виспытании в зажимах разрывных машин допускается применять прокладочный материал. Вдиссертационной работе в проведенных лабораторных испытаниях в зажимах разрывноймашины был предусмотрен прокладочный материал из исследуемой в экспериментетехнической ткани с покрытием (рисунок 2.27).92Рисунок 2.27. Прокладочный материал в зажимах разрывной машины в лабораторныхиспытанияхВ следующем разделе диссертации будет представлен метод, выбранный в лабораторныхиспытаниях, для определения полей перемещений и деформаций материала.2.3.2.

Оптический метод корреляции цифровых изображенийДля измерения полей перемещений и деформаций на поверхности технической ткани спокрытием, а также для вычисления коэффициента Пуассона из многочисленных методов былвыбран один из самых эффективных и хорошо себя зарекомендовавших оптических методов насегодняшний день – метод корреляции цифровых изображений (digital image correlation).«Корреляция цифровых изображений – это эффективный бесконтактный методизмерения полей перемещений и деформаций на поверхности исследуемого объекта путемсравнения цифровых фотографий, снятых в течение нагружения образца. Идея данного методазаключается в возможности определения поля смещений с высокой точностью путемотслеживания изменений на поверхности» [45].Данный метод был успешно применен во многих работах в лабораторных испытанияхтехнических тканей с покрытием при растяжении, например, в [148, 151, 158].В лабораторных испытаниях для съемки цифровых фотографий был использованзеркальный фотоаппарат Nikon D3100 с разрешением 14,8 мегапикселей, который был жесткозакреплен на штативе для исключения колебаний объектива камеры в ходе эксперимента(рисунок 2.28).

Характеристики

Список файлов диссертации