ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
Оценка контактных напряжений в заделке в точках 1, 2 и 3 (рис. 56) производилась по методике, разработанной в [38[ и пред полагающей, что закон распределения контактных напряжений в зонах опирания лопасти значительно отличается от линейного. Опорные реакции при действии разрушающей нагрузки соответ ственно составили: R t = 30 600 кгс, R 2 = 11 500 кгс и R 3 =
Рис. 55. Характер разрушения лопасти гребного винта диаметром 1,1 м: а — лопасть до испытаний; б — после испытаний.
= 38 000 кгс. Контактные напряжения, если бы не было выскальзы вания, соответственно составляли бы: о(ц = 760 кгс/см2, 0(2) = = 246 кгс/см2, 0(3) = 900 кгс/см2.
Из-за некачественной сборки в процессе нагружения при стендо вых испытаниях лопасть выскользнула из приспособления, повора чиваясь вокруг опоры точки 3 (рис. 57). В момент выскальзывания контактные напряжения в точке 1 соответственно составляют oji) = = 1140 кгс/см2, так как можно принять, что в этот момент R 1 =
= Р — 5500 кгс. Вычисленные напряжения 0(і) в точке 1 следует сопоставить с пределом прочности материала при сжатии под углом 35° к плоскости слоев ткани (55° до боковой грани лопасти). На рис. 58 приводится кривая результатов испытаний на сжатие рас-
сматриваемого стеклопластика в различных направлениях, лежащих в плоскости xz, построенная по тензориальной формуле (57), приве денной в гл. II (рис. 58, средняя кривая).
Величины ствг, ствх и ataxz взяты из табл. 14. Из рис. 58 видно, что величина напряжений а 0) = 1140 кгс/см2 укладывается в полосу
Рис. 56. Схема действующих опорных |
Рис. 57. Характер разрушения лопасти |
|
реакций в заделе лопасти гребного |
гребного винта диаметром 1,1 м в случае |
|
винта. |
некачественной |
сборки. |
1 - 3 - точки заделки комля лопасти. |
^ _ контактные сжимающие напряжения. |
|
|
1 , 3 — то же, что |
на рис. 56. |
Проведем количественную оценку влияния этого дефекта на сни жение общей прочности лопасти.
Обозначим: х и х' — предполагаемое (в расчете) и действительное (при косослое) направление основы материала лопасти; у — направ ление утка материала лопасти; z и z' — предполагаемое (в расчете) и фактическое (при косослое) направление, перпендикулярное слоям ткани.
Рассмотрим поворот системы координат xz на угол ос относительно неподвижной оси у (рис. 59). Система направляющих косинусов при повороте координатных осей относительно неподвижной оси у при ведена в табл. 18.
При повороте координатных осей на угол а определим напря жения, действующие по площадкам симметрии материала:
Ох, — охcos2 а, |
|
|
°Уі — Оу, |
|
|
ог, — ох sin2 а, |
(73) |
|
|
|
|
Хх , у , = |
Х ху COS СС, |
|
Ьггх = |
**у sin а, |
|
Х г,х, = — ох sin а cos а, |
|
|
где ах, Оу, хку — напряжения, |
действующие по предполагаемым |
|
площадкам симметрии материала в случае отсутствия косослоя. Нор мальные напряжения аХі, ау, , aZl и касательные напряжения хХіУі, ху,г„ Х2,х, возникают на действительных площадках симметрии
материала в случае косослоя. |
|
|
_ , |
|||
* |
|
|
|
|
|
Таблица 19 |
|
|
|
Таблица 18 |
Характеристики искривлений |
||
|
|
|
(амплитуда 7,5 |
мм) |
||
Система направляющих косинусов |
Длина полу |
Число |
Параметр |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
волн U мм |
полуволн |
искривления |
Оси |
|
Главные оси |
|
k |
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
сравнения |
|
У |
|
20 |
12 |
14,2 |
|
X |
Z |
||||
|
|
|
|
30 |
8 |
6,3 |
х' |
cos а |
0 |
sin а |
40 |
6 |
3,5 |
У’ |
0 |
1 |
0 |
50 |
4,8 |
2,3 |
Z |
—sin а |
0 |
cos а |
60 |
4 |
1,6 |
Считаем, что направление утка ткани (ось у) не меняется, т. е. что направление утка ткани остается перпендикулярным геометрической оси лопасти. Косослой рассматриваем как поворот слоев ткани (вслед ствие ее искривления) вокруг оси у, при котором волокна ткани ока зываются перерезанными (благодаря механической обработке) в опас ной точке корневого сечения лопасти Л'.
Для проверки прочности в этом случае нужно применить крите рий прочности для общего случая трехосного напряженного состоя ния, который был записан ранее (гл. II, формула (67)). Количествен ная оценка влияния этого дефекта на снижение общей прочности лопасти показала, что в случае выхода ткани на поверхность под углом 15° в опасной точке прочность лопасти снижается на 15%, в случае выхода ткани на поверхность под углам-и 30 и 60° — на 55%, в случае выхода ткани на поверхность под углом 45° — на 62% (рис. 60). Для проверки прочности был применен критерий прочности в форме полинома четвертой степени. На рис. 60 по оси абсцисс отложен диаметр винта DBи логарифм наименьшего момента сопротивления опасного сечения лопасти Wmln- По оси ординат от-
8 Е. К. Ашкенази |
))3 |
ложены напряжения, вычисленные в опасных |
точках лопасти (/), |
||||||||||||
и напряжения, вычисленные по критерию прочности при а = |
15° (2), |
||||||||||||
а = |
30° (3) и а = 45° (4). Прямые показывают снижение прочности |
||||||||||||
ав, |
кгс/см2 |
|
|
|
|
|
с |
увеличением |
диаметра |
||||
|
|
|
|
|
|
|
винта: |
1 — при |
расчете |
||||
|
|
|
|
|
|
|
без учета косослоя, экс |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
периментальные точки на |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ходятся в пределах довери |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
тельного интервала ±3S; |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
2—4 — при |
косослое, со |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ответственно а = 15°, 30°, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
60°, |
45°. |
приведенные |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
на рис. 60, показывают, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
что |
снижение |
прочности |
||||
|
|
|
|
|
|
|
лопастей с увеличением их |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
абсолютных |
размеров мо |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
жет быть объяснено влия |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
нием косослоя. |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Дефекты |
второго рода |
||||
|
|
|
|
|
|
|
(расслоения |
и |
воздушные |
||||
|
|
|
|
|
|
|
включения) уверенно об |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
наруживаются |
ультразву |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ковым |
|
дефектоскопом |
||||
Рис. |
58. Изменение |
прочности стеклопластика |
ДУК-17. На дефектограм- |
||||||||||
СТЭТ в зависимости от угла наклона |
слоев |
ме в |
|
месте |
дефекта оста |
||||||||
|
|
стеклоткани. |
|
|
ются белые |
пятна. Напри |
|||||||
диаметром |
0,75 |
м |
дефекты |
в |
|
мер, в лопасти № 1 винта |
|||||||
опасном |
сечении |
отсутствовали, |
|||||||||||
в то время |
как |
в |
лопасти |
№ |
2 они |
|
были |
обнаружены |
непо |
||||
средственно после изготовления (рис. 61, а). Площадь всех местных дефектов в опасном сечении лопасти № 2 составила не более 3 см2, т. е. около 5% от площади опасного сечения лопасти. Обнару-
Рис. 59. Поворот системы координатных осей.
« — угол поворота.
114
женная дефектоскопом длина дефектов точно Совпала С длиной рас слоений, замеренных в продольном сечении после того, как лопасть была разрезана. Расслоения появились в процессе прессования ло пасти из-за того, что на этих участках имелись утолщенные про слойки смолы. Несмотря на наличие дефектов в виде расслоений только в лопасти № 2, обе лопасти разрушились при испытаниях на стенде при одинаковой нагрузке 1500 кгс. Следовательно, дефекты второго рода при их небольшой площади, даже попадая в опасное сечение, могут и не снижать несущей способности лопастей. На рис. 61, б показана дефектограм ма лопасти № 1 винта диаметрЬм 0,75 м, снятая после испытания на стенде.
Таким образом, из проанали зированных технологических де фектов, снижающих прочность ло пастей гребных винтов, наиболее опасным является косослой или выход ткани на поверхность в опас ном сечении лопасти. В винтах больших диаметров вероятность косослоя всегда больше, чем в вин тах малых диаметров. Для винтов больших диаметров с целью умень шения искривлений ткани введена дополнительная технологическая операция по предварительному от дельному изготовлению средней части изделия в виде таблетки или сердечника.
Таблетирование производится в холодном состоянии без полиме
ризации связующего либо при температуре 140° С с неполной поли меризацией до 50—70%. Основное назначение таблетки состоит в том, чтобы препятствовать появлению искривлений в наружных слоях изделия в процессе горячего прессования. Сердечник, изготовленный в специальной пресс-форме, вкладывается в общий пакет, после чего производится прессование лопасти. Первая партия лопастей изготав ливалась по старой технологии, без предварительного таблетирования, одностадийным методом. При рассмотрении структуры лопастей первой партии после испытаний было обнаружено наличие значи тельных по глубине складок и продольных искривлений. Лопасти разрушались первоначально на стороне сжатия с последующим расслоением вблизи нейтрального слоя. Подсчитанные по разрушаю щей нагрузке напряжения в наиболее нагруженном сечении оказа лись в два раза ниже, чем на стандартных образцах.
С целью устранения искривлений раскрой пресс-материала был переработан и изготовлена вторая партия лопастей. Улучшение раскроя позволило заметно повысить прочность лопастей, однако
8:* |
115 |
полностью искривлений устранить не удалось. При изготовлений лопастей третьей партии двухстадийным методом вводился сердеч ник. Несущая способность лопастей третьей партии увеличилась благодаря отсутствию искривлений и косослоя. Аналогичные меро приятия проводились на лопастях крыльчатого движителя ДКК-20/5 (рис. 62, а—в), что также позволило увеличить несущую способность изделий.
лопасть № 1, после разрушения на стенде.
1 — расслоение; 2 — дефектная зона; 3 — латунная окантовка.
Ниже подробно рассматривается влияние регулярных искривле ний и расслоений на несущую способность и прочность стеклопла стика.
Для экспериментальных исследований влияния регулярных ис кривлений на несущую способность стеклопластика были изготов лены образцы методом горячего прессования из стеклопластика марок СТЭР и СТЭТ. Образцы испытывались на поперечный и кон сольный изгиб, сжатие, сдвиг, удельную ударную вязкость. Все ис следования, за исключением консольного изгиба, проводились на стандартных образцах. Образцы для проведения испытаний при кон сольном изгибе имели размер 10 X 15 X 120 мм.
Прессование пластин осуществлялось на прессе усилием 63 тс при удельном давлении 100 кгс/см2 и температуре 160° С. Наружные слои толщиной 25% от общей толщины образца искривлений не имели. Регулярные искривления средней части образца выполнялись путем
116
введения жгутов из этого же материала, которые ориентировались в направлении утка ткани. Жгуты толщиной 2 мм укладывались по шаблону. Модель многослойного стержня с внутренними слоями, искривленными по синусоиде и направленными вдоль основы, и жгу-
Рис. 62. Структура материала в лопасти крыльчатого движителя ДКК-20/5: а — лопасть, изготовленная одностадийным методом; б — лопасть, изготовленная одностадийным методом после уточнения раскроя; в — лопасть с сердечником, изготовленная в две стадии.
тами, направленными вдоль утка ткани, показана на рис. 63. Харак тер искривлений в образцах соответствует искривлениям слоев мате риала в реальных конструкциях.
Для количественного описания искривлений Ю. М. Тарнополь ский [55] предложил использовать параметр f = где k—число
полуволн на замеренной базе /, А — амплитуда волны, мм. Характеристики искривлений, заложенных искусственно при
изготовлении пластин, приведены в табл. 19 (см. стр. 113).
117