ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИКИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ЧИСЛЕННЫЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОНОЛИТНОСТИ ТОЛСТОСТЕННОЙ АНИЗОТРОПНОЙ ОБОЛОЧКИ

Вестник МГСУ 7/2016
  • Мемарианфард Махса - Технологический университет им. К.Н. Туси доцент департамента инженерной экологии, Технологический университет им. К.Н. Туси, 19697 64499, Иран, г. Тегеран, Бульвар Мирдамад, д. 470; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .
  • Турусов Роберт Алексеевич - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ) доктор физико-математических наук, профессор кафедры сопротивления материалов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .
  • Мемарианфард Хамед - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ) аспирант кафедры сопротивления материалов, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .

Страницы 36-45

Представлены экспериментальные и численные исследования трещинообразования в толстостенных цилиндрических намоточных оболочках из стеклопластика в процессе их изготовления (конкретно, в процессе отверждения и охлаждения). Эксперименты показали, что в конце процесса охлаждения в оптимальном режиме цилиндр получается монолитным без кольцевых трещин. В связи с этим произведен расчет методом конечных элементов остаточных температурных напряжений в толстостенном цилиндре в процессе охлаждения с учетом нестационарной теплопроводности и температурной зависимости механических свойств материала и вязкоупругого поведения полимера. Расчеты проведены для охлаждения в стандартном и оптимальном режимах. Результаты расчетов показали, что при охлаждении цилиндра в оптимальном режиме максимальные радиальные напряжения на самом опасном начальном участке оказываются в несколько раз меньше, чем при охлаждении в стандартном режиме.

DOI: 10.22227/1997-0935.2016.7.36-45

Библиографический список
  1. Екельчик В.С., Клюнин О.С. Новый подход к созданию облегченных металлопластиковых баллонов высокого давления для сжатых газов // Вопросы материаловедения. 2003. № 2 (34). С. 26-31.
  2. Турусов Р.А., Мемарианфард Х. Дискретная модель в анализе остаточных напряжений однонаправленных намоточных цилиндров из армированного пластика в процессе охлаждения // Вестник МГСУ. 2015. № 1. С. 27-35.
  3. Турусов Р.А., Коротков В.Н., Рогозинский А.К., Куперман А.М., Суляева З.П. Технологическая монолитность оболочек из полимерных композитных материалов // Механика композитных материалов. 1987. № 6. С. 1072-1076.
  4. Турусов Р.А., Коротков В.Н., Рогозинский А.К. Температурные напряжения в цилиндре из композитного материала в процессе его охлаждения и хранения // Механика композитных материалов. 1983. № 2. C. 290-295.
  5. Коротков В.Н., Дубовицкий А.Я., Турусов Р.А., Розенберг Б.А. Теория оптимизации режима охлаждения толстостенных изделий из композитных материалов // Механика композитных материалов. 1982. № 6. С. 1051-1055.
  6. Болотин В.В., Благонадежин В.Л., Варушкин Е.М., Перевозчиков В.Г. Остаточные напряжения в намоточных элементах конструкций из армированных пластиков. М. : Изд. ЦНИИ информации, 1977.
  7. Bolotin V.V., Vorontsov A.N. Formation of residual stresses in components made out of laminated and fibrous composites during the hardening process // Mechanics of composites. September 1976. Vol. 12. Issue 5. Pp. 701-705.
  8. Афанасьев Ю.А., Екельчик B.C., Кострицкий С.Н. Температурные напряжения в толстостенных ортотропных цилиндрах из армированных полимерных материалов при неоднородном охлаждении // Механика композитных материалов. 1980. № 4. С. 651-660.
  9. Hyer M.W., Rousseau C.Q. Thermally-induced stresses and deformations in angle-ply composite tubes // Journal of Composite Materials. 1987. Vol. 21. No. 5. Pp. 454-480.
  10. Jerome T. Tzeng. Prediction and experimental verification of residual stresses in thermoplastic composites // Journal of Thermoplastic Composite Materials. April 1995. Vol. 8. No. 2. Pp. 163-179.
  11. Tzeng Т., Chien L.S. A thermal viscoelastic analysis for thick-walled composite cylinders // Journal of Composite Materials March. 1995. Vol. 29. No. 4. Pp. 525-548.
  12. Wisnom M.R., Stringer L.G., Hayman R.J., Hinton M.J. Curing stresses in thick polymer composite components. Part I: Analysis // 12th International Conference on Composite Materials, Paris, July 1999. Woodhead Publishing Ltd, 1999. P. 859. Режим доступа: http://iccm-central.org/Proceedings/ICCM12proceedings/site/papers/pap859.pdf.
  13. Li C., Wisnom M.R., Stringer L.G., Hayman R., Hinton M.J. Effect of Mandrel contact on residual stresses during cure of filament wound tubes // 8th International Conference on Fibre Reinforced Composites, 13-15 September 2000, Newcastle-upon-Tyne, UK. 2000. Pp. 105-112.
  14. Gorbatkina Yu.A. Adhesive strength of fibre-polymer systems. New York ; London : Ellis Horwood, 1992. 264 p.
  15. Турусов Р.А. Адгезионная механика. М. : МГСУ, 2015. 230 с.
  16. Бабич В.Ф. Исследование влияния температуры на механические характеристики жестких сетчатых полимеров : автореф. дисс. … канд. техн. наук. М., 1966. 12 с.
  17. Гуревич Г.И. Деформируемость сред и распространение сейсмических волн. М. : Наука, 1974. 482 с.
  18. Nemat-Nasser S., Hori M. Micromechanics: Overall Properties of Heterogeneous Materials. Amsterdam : Elsevier Science Publishers, 1993.
  19. Aboudi J. Mechanics of Composite Materials, а Unified Micromechanical Approach. Amsterdam : Elsevier Science Publishers, 1991.
  20. Zihui Xia, Yunfa Zhang, Fernand Ellyin. A unified periodical boundary conditions for representative volume elements of composites and applications // International Journal of Solids and Structures. April 2003. Vol. 40. Issue 8. Pp. 1907-1921.
  21. Zheng-Ming Huang, Li-min Xin. Stress concentration factors of matrix in a composite. Subjected to transverse loads // ICCM 2014, July 28-30, Cambridge. Режим доступа: http://www.sci-en-tech.com/ICCM2014/PDFs/321-979-1-PB.pdf.

Скачать статью

Напряженно-деформированное состояние стеклопластика в условиях климатического старения

Вестник МГСУ 12/2018 Том 13
  • Мартынов Глеб Вадимович - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) студент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .
  • Монастырева Дарья Евгеньевна - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) студентка, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .
  • Морина Елена Андреевна - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) студент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .
  • Макаров Алексей Игоревич - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) студент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29; Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript .

Страницы 1509-1523

Введение. Исследованы образцы стеклопластика с целью его эффективного применения в строительстве в долгосрочной перспективе. Стеклопластик считается одним из самых универсальных и прочных материалов среди полимерных композиционных материалов, но и он подвергается разрушению. Одной из основных причин снижения заданных характеристик и свойств материала является эксплуатационная. Еще на стадии проектирования следует определиться с наиболее надежными и экономичными материалами, иметь полную информацию об их прочности, долговечности. Чтобы избежать деструкции материала, а также продлить срок его эксплуатации, необходимо понимать, как именно изменяются свойства материала во времени. Стеклопластик применяется в строительстве недавно. Производители не решаются применять его в качестве материала для ответственных конструкций, поскольку изменения его характеристик в зависимости от эксплуатационных факторов не являются достаточно изученными для промежутков, превышающих 4-5 лет эксплуатации. Материалы и методы. Проведены испытания образцов из стеклопластика профильного пултрузионного строительного (СППС) с продольным и поперечным расположением стекловолокна на климатическое старение в климатической камере, в течение 5-ти циклов, имитирующих 5 лет эксплуатации материала. Все образцы подвергались испытаниям на растяжение на разрывной машине Р-5. Результаты. Определены разрушающие напряжения, выполнены расчеты и проанализированы упругие и прочностные характеристики образцов. На основе полученных результатов проведен анализ. Сформулированы выводы об эффективности применения в строительстве стеклопластика в долгосрочной перспективе. Определено влияние таких эксплуатационных факторов как влага, положительная и отрицательная температуры, ультрафиолет на свойства стеклопластика с различным расположением стекловолокна. Выводы. Выявлено, что разрушающие напряжения стеклопластика значительно снижаются в ходе первых двух лет эксплуатации, что необходимо учитывать при выборе стеклопластика с заявленными характеристиками. Ультрафиолет не оказывает значительного влияния на упруго-прочностные свойства материала, при этом в ходе эксплуатации упругие характеристики в поперечном направлении изменяются гораздо интенсивнее, чем в поперечном.

DOI: 10.22227/1997-0935.2018.12.1509-1523

Библиографический список
  1. Зиновьев В.С., Овчинников И.Г. Возможность применения композитных материалов при изготовлении и монтаже пешеходных мостов // Новые идеи нового века : мат. Междунар. науч. конф. ФАД ТОГУ. Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2013. Т. 2. С. 278-284.
  2. Щепочкина Ю.А. Использование стекловолокна в композитах строительного назначения // Известия высших учебных заведения. Сер. : Технология текстильной промышленности. 2016. № 6 (366). С. 55-58.
  3. Старцев О.В., Каблов Е.Н., Махоньков А.Ю. Закономерности α-перехода эпоксидных связующих композиционных материалов по данным динамического механического анализа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. : Машиностроение. 2011. № 2. С. 104-113.
  4. Панин С.В., Старцев О.В., Курс М.Г., Варченко Е.А. Развитие методов климатических испытаний материалов для машиностроения и строительства в ГЦКИ ВИАМ им. Г.В. Акимова // Все материалы. Энциклопедический справочник. Комментарии к стандартам, ТУ, сертификатам. 2016. № 10. С. 50-61.
  5. Постнов В.И., Постнова М.В., Вешкин Е.А. Методика и результаты моделирования влияния эксплуатационных факторов на свойства авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов // Гидро-авиасалон - 2012 : сб. докл. IX Междунар. науч. конф. по гидроавиации. Ч. 2. М. : ВИАМ, 2012. С. 151-157.
  6. Startsev V.O., Molokov M.V., Blaznov A.N., Zhurkovskii M.E., Erofeev V.T., Smirnov I.V. Determination of the heat resistance of polymer construction materials by the dynamic mechanical method // Polymer Science, Ser. : D. 2017. Vol. 10. Issue 4. Pp. 313-317. DOI: 10.1134/S1995421217040141
  7. Belaid S., Chabira S.F., Balland P., Sebaa M., Belhouideg S. Thermal aging effect on the mechanical properties of polyester fiberglass composites // Journal of Materials and Environmental Science. 2015. No. 6 (9). Pp. 2795-2803.
  8. Каблов Е.Н., Старцев О.В. Фундаментальные и прикладные исследования коррозии и старения материалов в климатических условиях // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 4 (37). С. 38-52. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-25-28
  9. Korobkov V.A., Krylova Ya.E., Kasatkina T.B., Levashov A.S., Gorokhov R.V., Bukov N.N. et al. Diffusion of moisture in an epoxy coating with a disperse mineral filler // Polymer Science. Series D. 2016. No. 9 (3). Pp. 351-357. DOI: 10.1134/S1995421216030102
  10. Startsev V.O., Il’ichev A.V. Effect of mechanical impact energy on the sorption and diffusion of moisture in reinforced polymer composite samples on variation of their sizes // Mechanics of Composite Materials. 2018. Vol. 54. No. 2. Pp. 145-154. DOI:10.1007/s11029-018-9727-7
  11. Kablov E.N., Startsev O.V., Panin S.V. Moisture transfer in carbon-fiber-reinforced plastic with degraded surface // Doklady Physical Chemistry. 2015. Vol. 461. No. 2. Pp. 80-83. DOI: 10.1134/S001250161504003X
  12. Startsev V.O., Panin S.V., Startsev O.V. Sorption and diffusion of moisture in polymer composite materials with drop-weight impact damage // Mechanics of Composite Materials. 2016. Vol. 51. No. 6. Pp. 761-770. DOI: 10.1007/s11029-016-9547-6
  13. Startsev V.O., Makhonkov A.Yu., Kotova E.A. Mechanical property and moisture resistance of PCMs with damage // Aviation materials and technologies. 2015. No. S1. Pp. 49-55.
  14. Startsev V.O., Makhonkov A.Yu., Panin S.V., Startsev O.V. Compression failure and moisture transfer in polymeric composite materials with mechanical damage // All materials. Handbook. 2016. No. 7. Pp. 2-11.
  15. Аношкин А.Н., Зуйко В.Ю., Осокин В.М., Третьяков А.А., Писарев П.В. Моделирование технологических дефектов и оценка их влияния на статическую прочность композитных фланцев // Вестник ПНИПУ. Механика. 2016. № 2. С. 5-21. DOI: 10.15593/perm.mech/2016.2.01
  16. Екельчик В.С., Коновалова Л.В., Рябов В.М. Расчет температурных напряжений в вязкоупругих телах при однородном охлаждении с помощью преобразования Лапласа // Механика композитных материалов. 1993. № 5 (25). С. 692-696.
  17. Перепечко И.И., Данилов В.А., Нижегородов В.В., Максимов А.В. Структурная неоднородность эпоксидного связующего в однонаправленных стеклопластиковых пластиках // Механика композитных материалов. 2016. № 4 (29). С. 435-439.
  18. Болдырева А.А., Яруничева Ю.А., Дернакова А.В., Ивашов И.И. Прочность полимерного композита (стеклопластика) с межслойным сдвигом // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 2 (62). С. 42-50. DOI: 10.5862/MCE.62.5
  19. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33
  20. Zhang B.M., Li J., Li X. Optimum mix ratio of hybrid fiber reinforced polymer composites and their researching progress // Cailiao Gongcheng. 2014. No. 7. Pp. 107-112. DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.07.019
  21. Дульнев А.И., Неклюдова Е.А. Экспериментально-расчетная оценка взрывосопротивляемости образцов из стеклопластика // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2017. № 47. С. 51-62. DOI: 10.17223/19988621/47/6
  22. Старцев В.О., Молоков М.В., Постнов В.И., Старостина И.В. Оценка влияния климатического воздействия на свойства стеклопластика марки ВПС-53К // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017. Т. 19. № 4 (2). С. 220-228.

Скачать статью

Результаты 1 - 2 из 2