Диссертация (1173118), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Поэтому часто испытания полимерных материалов иизделий из них проводят при одновременном воздействии низких температур ивибраций [103].Но вибрации могут оказывать и положительное действие на ПМ. Например, в работе [89] изложены исследования влияния ультразвуковых колебанийна свойства полимерного композиционного материала. Результаты проведенных исследований показывают, что применение ультразвуковых колебаний припроизводстве металлополимерных пар трения, позволяет повысить механические и триботехнические характеристики ПМ.Так же часто при производстве изделий из термопластичных ПМ исполь-PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com66зуют вибрационную, или линейно фрикционную сварку. Она представляет собой притирку двух составленных вместе термопластичных деталей под давлением, при соответствующей частоте и амплитуде.
Процесс притирки происходит до момента выделения количества теплоты, достаточного для расплавленияи соединения в единое целое полимерных деталей. Данная технология обеспечивает высокую стабильность и позволяет создавать крупные, герметичные имеханически прочные сварные швы за временной цикл, равный всего нескольким секундам. Вибрационная сварка применяется, главным образом, в тех случаях, когда необходимы короткие временные циклы, а деталь слишком крупнадля того, чтобы использовать ультразвуковую сварку. Но, так как процесс требует относительно плоских поверхностей соединения, для некоторых практических случаев вибрационная сварка не подходит.Следует отметить, что полимерные материалы являются наиболее эффективными вибропоглощающими материалами (ВПМ).
Данные материалы широко применяют для борьбы с вибрациями и возбуждаемыми ими шумом. Целенаправленный выбор полимерной основы и других компонентов композициипозволяет создавать вибропоглощающие материалы, эффективные в широкойобласти температур и частот и обладающие специфическими свойствами: легкостью изготовления и нанесения на конструкции, способностью к самозатуханию и повышенной прочностью. Данные материалы нашли применение в такихотраслях промышленности как судо- машино- и приборостроение. Наиболеешироко они применяются в авиации для снижения шума и вибраций в кабинеэкипажа и пассажиров в салоне [103].Таким образом, можно сделать вывод, что вибрации, возникающие в процессе работы, оказывают отрицательное воздействие на изделия из полимерныхматериалов, особенно при одновременном действии высоких или низких температур. Однако вибрации могут оказывать и положительное воздействие,например, при производстве деталей или конструкций из полимерных материалов.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com671.8.
Выводы по первой главеНа основании проведенного литературного обзора установлено:1. Элементы системы охлаждения двигателя дорожно-строительных машин достаточно часто выходят из строя из-за нарушения правил эксплуатациии аварийных повреждений. Проведенный анализ традиционных методов восстановления элементов системы охлаждения двигателя дорожно-строительныхмашин выявил, что существующие методы ремонта не позволяют с достаточной степенью надежности и экономической целесообразности восстановить поврежденные элементы.2. На сегодняшний день наиболее перспективным методом является использование полимерных материалов. Применение полимерных материалов является одним из наиболее простых и дешевых методов ремонта, так как он нетребует высокой квалификации рабочих и использования специального оборудования.
Наиболее перспективными материалами, которые могут быть использованы при ремонте дорожно-строительных машин являются термопластичныеклеи-расплавы.3. Для идентификации свойств полимеров успешно применяются методытермического анализа, однако в научной литературе отсутствуют обоснованныерекомендации по выбору того или иного метода для оценки конкретного параметра. Одним из таких параметров является температура стеклования, позволяющая оценить не только теплостойкость полимера, но и рассчитать его долговечность при длительном воздействии повышенных температур.4. Процессы склеивания с использованием клеев-расплавов имеют малуюэнергоемкость, большую производительность и могут быть автоматизированы.Данные материалы проявляют адгезионные свойства в расплавленном состоянии, не замерзают и не охрупчиваются, нетоксичны, пожаро- и взрывобезопасны, не изменяют свойств при хранении.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com681.9.
Постановка цели и задач исследованияТаким образом, на основании проведенного литературного обзора, сформулированы цели и задачи настоящей работы.Цель диссертационной работы заключается в повышении долговечностидорожно-строительныхмашинпутемиспользованияприремонтетермопластичных полимерных материалов (клеев-расплавов).Основные задачи исследования, в соответствии с целью состояли в следующем:1. Разработать теоретические основы расчета прочности и долговечностиэлементов системы охлаждения двигателя дорожно-строительных машин, восстановленных с использованием термопластичных полимерных материалов.2.
Исследовать влияние технологических факторов на прочность элементовсистемы охлаждения двигателя дорожно-строительных машин, восстановленныхс использованием термопластичных полимерных материалов.3. Исследовать физико-механические свойства термопластичных полимерных материалов, используемых для ремонта дорожно-строительных машин.4. Разработать технологию ремонта элементов системы охлаждения двигателя дорожно-строительных машин с использованием термопластичных полимерных материалов.5. Провести оценку технико-экономической эффективности разработанныхметодовремонтаэлементовсистемыохлаждениястроительных машин.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.comдвигателядорожно-69ГЛАВА 2. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГОСОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН, ВОССТАНОВЛЕННЫХ КЛЕЕВЫМИМАТЕРИАЛАМИДля расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) восстановленных в результате повреждений элементов системы охлаждения, был использован метод конечных элементов, который позволяет решать инженерные задачи встатической и динамической постановке, в том числе и нелинейные.2.1.
Обоснование выбора типа, формы и размеров конечных элементов исоставление уравнения жесткостиВ качестве объекта исследования использовался радиатор системы охлаждения двигателя автомобиля марки КрАЗ, поверхность которого разбили на конечные элементы (все точки пересечения границ конечных элементов образуютузлы) и такая дискретная модель позволяет оценивать поведение деформируемогообъекта в процессе его нагружения.По своей геометрической форме, конечные элементы могут быть линейными, плоскими (треугольными, четырехугольными и т.д.) или объемными (тетраэдр, призма и т.д.) [6].Плоский конечный элемент U имеет две степени свободы (их также называют вектором перемещения),ìuix üU i = {U i } = í ýîuiy þ(2.1)объемный конечный элемент имеет три степени свободыìuix üï ïU i = {U i } = íuiy ýïu ïî iz þPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com(2.2)70Чем больше количество степеней свободы и больше конечно-элементныхузлов, тем соответственно больше степеней свободы у такой модели.Выбор геометрии конечного элемента зависит от геометрии изделия (детали) для которой проводится расчет и от ее напряженно-деформированного состояния [6].Для рассматриваемого объекта были использованы гексаэдральные конечные элементы.
Размеры конечных для выбранного объекта были одинаковыми иих общее количество составило 305 648 штук (рис. 2.1). При выборе размеров конечного элемента учитывалась продолжительность расчетов, поскольку, чемменьше размер элемента, тем больше продолжительность расчетов.а)б)Рисунок 2.1 – Конечно-элементная модель бачка радиатора в масштабе 1:10(а) и 1:5 (б)Используемая для проведения анализа напряженно-деформированного состояния восстановленного радиатора программа ANSYS, позволяла моделироватьнесколькими способами (прямое решение связанной задачи, параллельное решение нескольких связанных задач и т.д.) [115].
В данной работе был выбран методPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com71прямого решения (Directcoupled-fieldanalysis), как наиболее простой, что позволяло существенно сократить продолжительность расчетов.Для линейной конечно-элементной модели не учитывается ползучесть (ивсе остальные проявления нелинейной упругости), тогда как для нелинейной модели эти факторы учитываются, в том числе проводится учет их теплофизическихсвойств, которые, особенно для полимерных материалов, существенным образомзависят от температуры.Если число всех степеней свободы равно k, а количестве углов равно m, томатрица перемещений будет иметь вид (2.3).é U1 ùêU úU i = {U m } = ê 2 úê ...
úêúëU km û(2.3)Узловые силы {Р}m, точно также, как и узловые перемещения {U}m будутиметь видé P1 ùêP úPi = { Pm } = ê 2 úê ... úê úë Pkm û(2.4)Для расчета напряженно-деформированного состояния необходимо знатьперемещения исследуемого объекта при заданных нагрузках. Запишем функциюформы в виде [А(х)]m. Перемещение произвольной точки, расположенной на исследуемом объекте Um(x) находим по уравнению (2.5)um ( x) = [ A( x)]m {U }m(2.5)при условии, что функция формы на границе узлов является непрерывной (2.6)uk ( xi+1 ) = uk +1 ( xi +1 )(2.6)В работе была решена статическая задача и использованы следующие (общепринятые в конечно-элементном расчете для решения линейных задач) допущения [6, 46]:1. Конечные элементы взаимодействуют между собой только через узлы.PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com722. Внутренние силы, которые распределены вдоль границ конечных элементов заменяются на эквивалентные им узловые силы {Р}m.
Аналогичным образомпроводят замену всех остальных нагрузок {Р}а, а также для напряжений {Р}s иперемещений {Р}e.Уравнение жесткости имеет вид[K ]m {U }m = {P}m + {P}a + {Р}e + {Р}s(2.7)где [K]m – матрица жесткости элемента.Перепишем уравнение (2.7) в самом общем виде[K ]{U } = {P} + {P}a + {Р}e + {Р}s(2.8)где [К] – общая матрица жесткости; {U} – общая матрица вектора узловых сил.Все компоненты матрицы жесткости получаем путем суммирования коэффициентов жесткости по напряжениям и перемещениям. Перемещения (и напряжения) определяются путем суммирования узловых перемещений (и напряжений).
Модель радиатора рассматривается как абсолютно твердое тело. Граничныеусловия будут определяться векторами {Р}и {P}a.В качестве граничных условий для расчета бачка радиатора использоваласьзаделка, изображенная на рис. 2.2.Жесткая заделкаРисунок 2.2 – Модель бачка радиатора с граничными условиямиPDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com73При задании перемещений все наложенные связи приводили к ограничениям в перемещении модели, которая рассматривалась в данной работе, как абсолютно твердое тело.2.2. Алгоритм определения напряженно-деформированного состояниявосстановленных элементов системы охлаждения дорожно-строительныхмашинОсновными элементами структуры расчета напряженно-деформированногосостояния являются три блока (рис. 2.3):1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
