Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1143923), страница 5

Файл №1143923 Диссертация (Анализ и оптимизация пневматического спасательного линеметательного устройства) 5 страницаДиссертация (1143923) страница 52019-06-23СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Определение эффективных свойств композита клапана линемётаРешением проблемы разрушения колпака клапана стало применениеперспективного композита на основе полимера ПОМ С27021 GV 3/30.Композиционныйматериалпредставляетсобойполимернуюматрицу,наполненную стеклянными микросферами с объемной долей стекла 30%.В открытых источниках не представлено точное значение механическиххарактеристик С27021 GV 3/30, но для дальнейшего расчета на прочность колпакаклапана необходимо знать эффективные упругие модули этого материала. Посвоим эффективным свойствам композит изотропен, поэтому достаточно найтидва модуля – объемный модуль k * и модуль сдвига  * [29, 97].В однородном изотропном материале связь и находится израссмотрения задачи напряженно-деформированного состояния для конечногообъема. Для композитов такой точкой является представительный объем, вобъеме которого отдельные компоненты не проявляют своих свойств, а награницеповерхностиразделафазвыполняетсяусловиенепрерывностинапряжений и перемещений.

Принимая такую гипотезу для композитов,эффективные свойства будут представлять собой некоторые осредненныезначения свойств компонентов.Эффективные модули для композиционных материалов определяютсяэнергией представительного объема в первой или второй задачах [11, 24, 38, 46]:1 :u 0   0  r ;  2  : n   0  n   0 ;**   dV    V .V(1.2.1)29Обозначено:  , – тензорыдеформаций и напряжений, u, r – векторыперемещений и места,  0 , 0 – задаваемые постоянные тензоры, n – орт нормали кповерхности O представительного объема V . В первой задаче на поверхности Oзадаются перемещения, во второй – поверхностные силы.Объемныймодульсвязываетпервыеинвариантынапряженийидеформаций   3K .

Для его определения представительным объемом можетслужить шар радиусом b :a3 / b3  c , где c – объемная концентрация включений.Рассмотрим первую задачу с деформацией  0   0 E  u 0   0  r.Задача имеет сферическую симметрию; перемещение направлено порадиусу, а в тензоре напряжений присутствуют только радиальная и окружнаясоставляющие: u  u  r  er ,   r  r  er er     r   E  er er  ,  er  r 1r .Решение сферически-симметричной задачи теории упругости известно [64,78]:A1r , r  au  r  3kA  4 B / r 3 ,   3kA  2 B / r 3  r  a .

(1.2.2)2 Ar  B / r , r  aСодержащиеся в системе константы находятся из системы [24]:u 0,  u '1  2a 0a 0u  u ' 2  r a 0 0, u(b)   b.(1.2.3)a 0Далее обращаемся к равенству энергий неоднородного представительногообъема и его однородной модели (с эффективными свойствами):12П       (    );21  2334   0 E : П  k  02 ;  ПdV  k *  02  b3 .223V(1.2.4)И здесь можно воспользоваться теоремой Клапейрона: формальновычисленная работа внешних (поверхностных) сил равна удвоенной энергиидеформации [9, 30]: n    udO  2 ПdV .OV(1.2.5)30В левой части имеем просто  r (b)u(b)4 b2 , и тогдаk  k13k1  4k* .k  k11  3c3k1  4k  4c(1.2.6)В литературе по механике композитов представлен более сложный вывод сформулами Эшелби [46, 55, 63].

Он представляется излишним.Вместо первой задачи для представительного объема можно рассмотретьвторую:  0  p0 E   r (b)  p0 . В результате опять получим (1.2.6). Совпадение неочевидно, поскольку наш представительный объем не велик.Для данного материала имеем следующие значения упругих свойствкаждого компонента в отдельности: полиамид 6 – E  1,5 ГПа,   0,3 ; стекло –E1  65 ГПа,  1  0,25 [4]. При пересчете модулей сдвига и объемных модулейполучим: полиамид 6 – k  1,25 ГПа,   577 МПа; стекло – k1  43,33 ГПа, 1  26ГПа. Подставив значения в формулу (1.2.6) получаем значение эффективногообъемного модуля для материала ПОМ С27021 GV 3/30 k *  2,61 ГПа.Зависимость k*(с) представляет собой почти линейную функцию и значенияфункции находятся в пределах от 1,25ГПа до 43,33 ГПа.Для нахождения эффективного модуля сдвига рассмотрим вторую задачудля представительного объема в форме куба.

Длина ребра b определяетсяобъемной концентрацией включений: c  4 a3 / 3b3 . Постановка граничныхусловий соответствует чистому сдвигу:  0   0  ij  ji  .Для численного решения задачи о нахождении модуля сдвига была созданамодель эффективного объема в инженерном пакете SolidWorks Simulation.Граничные условия модели представлены на рис. 1.11. На сферическойповерхности стекловидного шарика и полиамидной матрицы задано условиенепрерывности перемещений. Грани z  b / 2 ограничены зафиксированнойгеометрией. На остальных поверхностях модели заданы силы, направлениекоторых соответствует чистому сдвигу.31На каждой из шести граней куба n   0  const , поэтому в равенствеКлапейрона (1.2.5) вклад грани определяется средним перемещением: n    udO  n   0 u S, u  N1 uk –(1.2.7)k 1sосреднение по узлам сетки на грани куба.NГрани z  b / 2 вклада не дают,поскольку там n   0  0 .Рисунок.

1.11. Граничные условия для нахождения эффективного модуля сдвигаНа граняхx  b / 2 будетn   0  u   0u y , а двух остальныхy  b / 2 ,n   0  u   0ux . Результаты расчета перемещений – в таблице 1.5.Таблица. 1.5. Усредненное значение перемещений по четырем гранямГраньУсредненное значение перемещений, мy  b / 2  ux 2,712156·10-7y  b / 2  ux  –2,71323·10-7x  b / 2 u y 2,673724·10-7x  b / 2  u y  –2,673915·10-7Осталось приравнять (1.2.7) удвоенной энергии однородного куба сэффективными свойствами  02b3 /  * – отсюда и находится  * .Оказалось  *  928 МПа, что практически совпадает с экспериментальнымзначением 900МПа.32Выводы по главе 11.

Дан обзор существующих пневматических и пороховых линеметательныхустройств. Отмечены плюсы и минусы каждого устройства.2. Подробно описана конструкция исследуемого объекта, линемёта «ИСТА-240»,применяемые в нем материалы, рассмотрен принцип работы. Выявлены слабыеместа прибора, ведущие к отказам в его работе. На основании проведенногоанализа поставлены задачи, решение которых в значительной степени позволитповысить безотказность изделия в целом.3. Определены эффективные свойства запорного элемента пневматическогоклапана, в частности, модуль сдвига и объемный модуль.4. Предложена и реализована новая методика расчета эффективных модулейкомпозитасосферическимивключениями.Результатысопоставленысэкспериментальными данными, полученными с помощью расчетов системы CAE.33Глава 2.

Математическое моделирование динамики тел линемётаВ исследуемом приборе «ИСТА-240» есть три подвижных тела: колпакзапорного клапана, снаряд, пусковое устройство (ПУ). Для расчета сил,действующих на каждый элемент, необходимо создать математическую модель,которая позволяла бы полностью описать процесс выстрела, а также провестимноговариантные расчеты.Рассмотрениедвижениякаждоготелапоотдельностисоставляетиндивидуальную задачу, поэтому процесс выстрела условно можно разбить натри этапа:1.начало выстрела.

При открывании сбросового клапана происходит выходвоздуха из управляющей полости быстродействующего клапана. Колпак начинаетдвижение по направляющей, открывая основной клапан линемёта. Одновременноначинается разгон снаряда в стволе.2.колпак ударяется о направляющую, заканчивая свое движение. ПУпродолжает двигаться, открывая тем самым сбросовую полость через кольцевоеотверстие на штоке. Остаточный газ попадает в систему гашения отдачи. Снарядвылетает из ствола.3.ПУ заканчивает свое движение.

Снаряд движется по настильнойтраектории, как тело переменной массы, высвобождая линь.Для описания каждого этапа обратимся к расчетной схеме линемёта,представленной на рис. 2.1.Рисунок. 2.1. Расчетная схема линемёта «ИСТА-240»34Три тела: снаряд, ПУ и колпак имеют массы m1, m2, m3 соответственно.Поскольку движение плоское, то обобщенные координаты х1, х2, х3. Для описанияпроцессов воспользуемся уравнением Лагранжа II-го рода.2.1. Движение запорного элемента быстродействующего клапана линемётаПервый этап полностью описывает движение колпака быстродействующегоклапана линемёта.

Имеем три независимых тела: снаряд, ПУ и КК с массами m1,m2, m3 соответственно. В снаряде уложен линь – нерастяжимая нить длиной l ипогонной массой ρ. Масса снаряда m1 переменна, поскольку имеем выход линя изснаряда. Масса m2 также переменна, т.к. в конце первого этапа колпак прекратитсамостоятельное (отдельное) движение и далее будет двигаться только вместе сПУ.Запишем уравнения Лагранжа II-го рода [24, 48]: K qiKП Q*i , qi qi(2.1.1)где K – кинетическая энергия как функция обобщенных координат, скоростей иявно входящего времени (при нестационарных связях), Qi* – непотенциальныеобобщенныесилы,П–потенциальнаяэнергия.Этиуравненияимеютминимальный порядок и содержат только независимые обобщенные координаты.Согласно расчетной схеме, показанной на рис.

2.1, примем, что обобщенныекоординаты qi есть абсолютные перемещения xi : снаряда x1 – налево; ПУ и ККx2 , x3 соответственно – направо.Выражение для кинетической энергии имеет следующий вид:1K (qi , qi )   m1  x1  x12  m2  x2  x22  m3 x32  ,2m1  m10   (l  x1  x2 ), m2  m20   ( x1  x2 ),(2.1.2)где m10 – масса снаряда, m20 – масса ПУ без учета массы снаряда и колпакаклапана. Линь, вышедший из снаряда, считается неподвижным относительнопускового устройства.35В правых частях уравнений (2.1.1) – обобщенные силы с выделеннымипотенциальными слагаемыми.

Для движения под действием только давлениясжатого газа будем иметь П  П (V ) – функция от объема газа.Потенциальную энергию  определим из следующих соотношений [1]:p0V0 1ПП V ,p, pV   p0V0 ,1 V(2.1.3)V ( xi )  V0  S1 x10  S1  x1  x2   S3  x3  x2   x1  S1  S10  .В геометрическое выражение V  xi  (2.1.3) входят: V0 – начальный объем ПУ, S1 –площадь ствола, x10 – начальное положение снаряда в стволе, S3 – площадьколпака, S10 – площадь снаряда. Второе слагаемое в выражении объема описывает«паразитный объем», увеличение которого сильно ухудшает характеристикиразгона снаряда в стволе. Третье и четвертое слагаемое описывают движениеснаряда и колпака соответственно, последнее – характеризует протечки сжатогогаза в канал ствола, которые также ухудшают параметры разгона. Посколькувремя открытия быстродействующего клапана чрезвычайно мало (0,0005-0,001 с),то процесс можно считать адиабатическим,   1,4 .При выстреле из линемёта необходима опора – «плечо».

Для описанияотдачи ее можно представить как обобщенную силу. Со стороны направляющейна колпак будет также воздействовать обобщенная сила со свойствами упругости.Представим выражения [48]:Q2*  c2 x2  b2 x2 , Q3*  c3 x3 , Q1*  0.(2.1.4)Приходим к следующей системе уравнений Лагранжа:1 2x1  2 x1 x2  x22   p V  S10 ,21m2 x2    x12  2 x1 x2  x22   p V   S1  S3   Q2 ,2m3 x3  p V  S3  Q3 ,m1 x1  (2.1.5)где объем V определяется выражением (2.1.3). Система нелинейная, шестогопорядка.

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6489
Авторов
на СтудИзбе
303
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее