ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Неоднородность материала и статистический контроль стабильности процесс формования из "Высокопрочные стеклопластики" Следует отметить ряд работ [117—120], посвященных влиянию натял ения на образование макроскопических остаточных напряжений. В [117] была предложена механическая модель стадии намотки. Комбинируя эту модель с моделью образования остаточных напряжений, можно получить разнообразные законы распределения радиальных и окружных напряжений [118]. Например, можно подобрать такой режим намотки, при котором остаточные радиальные напряжения по всей толщине изделия будут сжимающими [119]. Однако фактическое распределение остаточных напряжений может существенно отличаться от расчетного [120], поэтому вывод [119] о благоприятном влиянии намотки с возрастающим натяжением трудно признать бесспорным. [c.68] Таким образом, данные, полученные разными исследователями, не позволяют сделать однозначного вывода о влиянии натяжения на прочность композита при различных видах нагружения, а также выработать какие-либо практические рекомендации по выбору величины этого существенного технологического параметра. [c.68] В табл. II. 4 представлены результаты испытаний образцов стеклопластика при сдвиге и статистическая оценка этих данных по гипотезе однородности [102]. Так как вероятности Р, больше доверительного уровня, то расхождение меледу наблюдаемыми значениями Тсдв в опытах с разным натяжением Л/ является случайным. [c.68] Проведенный эксперимент позволяет сделать вывод, что главная задача натяжения — выравнивание волокон — была выполнена в рамках выбранного интервала значений натяжения. [c.68] Результаты статистической обработки позволяют сделать вывод о том, что повышение натяжения в интервале 3,5—5,0 Н/10 волокон существенно влияет на прочность стеклопластика при сжатии. [c.69] Уменьшение прочности композита, наблюдаемое при натяжении 0,50 Н на каждое волокно, можно объяснить следующим образом. При намотке волокон диаметром 120 10 м на дорн диаметром 0,146 м в них возникают напрял ения изгиба около 80—100 МПа. Натяжение 0,50 Н вызывает в волокне растягивающее напряжение, равное 50 МПа. Учитывая пониженную прочность волокон большого диаметра, термические напряжения, а также усталость волокон, которая с ростом их диаметра возрастает [121], можно предположить, что под действием суммарных напряжений происходит разрыв отдельных волокон, а следовательно, и потеря прочности стеклопластика. [c.70] Проведенный эксперимент убеждает, что основная роль натяжения состоит в выравнивании арматуры. [c.70] Для каждого значения натяжения среднее значение прочности композита было получено из 30 опытов, которые можно рассматривать как большую выборку из генеральной совокупности. Для оценки степени влияния величины N на прочность исходили из нулевой гипотезы, т. е. предполагали, что изменение N от 3,3-10 до 23-10 Н/м не влияет на прочность стеклопластика при растяжении. [c.71] Следовательно, ( 3 и /з 3, а 2 3, т. е. с большой вероятностью (Р = 0,997) можно утверждать, что наблюдаемые значения о при варьировании Л/-10- от 3,3 до 10,0 Н/м и от 16,5 до 23 Н/м различаются не случайно. Наблюдаемые значения о для Л/-10- от 10,0 до 16,5 Н/м различаются случайным образом. [c.71] По данным А. Ф. Зака [121], коэффициент использования прочности элементарных волокон в нити составляет примерно 60—75%. При переходе от первичной нити к ровингу происходит дальнейшее снижение прочности наполнителя. В зависимости от числа сложений и состава стекла коэффициент использования прочности первичных нитей в ровинге составляет 85—90%. [c.72] В ряде исследований было показано, что в стеклоровинге, состоящем из 30 первичных нитей в 200 филаментов каждая, прочность элементарного волокна сохраняется на 60%. Это обстоятельство также необходимо учитывать при выборе оптимального натяжения. [c.72] Рассматривая влияние натяжения арматуры на прочность композиции, нельзя не остановиться на применении стеклопластика для упрочнения металлических оболочек высокого давления, так как здесь натяжение волокна играет особую роль, создавая в металлическом каркасе сжимающие тангенциальные напряжения. Известно [122], что прочность скрепленного с натяжением многослойного цилиндра повышается при создании в его внутренних слоях тангенциальных сжимающих, а во внешних слоях — растягивающих напряжений. Под действием вну-тренного давления напряжения в стенке перераспределяются, что создает равномерное по сечению цилиндра поле напряжений и тем самым повышает его прочность. При этом уменьшается общая деформация при разрушении, а область упругих деформаций увеличивается. В качестве армирующего материала обычно применяется стальная проволока. [c.72] Это сделано в приведенном ниже расчете, основанном на следующих допущениях всю продольную нагрузку воспринимает металлическая оболочка армирование производится в направлении, перпендикулярном продольной оси оболочки, и таким образом, стеклопластик воспринимает только тангенциальные нагрузки все слои, входящие в состав сложной оболочки, передают друг другу только нормальное давление внутреннее давление в оболочке вызывает равные деформации в металле и стеклопластике в окружном направлении скольжение слоев друг по другу вдоль оси отсутствует растягивающая нагрузка в стеклопластике вызывает эквивалентную сжимающую нагрузку в металле в связи с тем, что толщина металлостеклопластиковой оболочки мала, за ее радиус принимается наружный радиус металлического корпуса. [c.73] Как уже отмечалось, в результате натяжения наполнителя при намотке в стеклянном волокне возникает начальное напряжение a jj. Для обеспечения в готовой оболочке по всей толщине постоянного натял ения необходимо каждый последующий слой наматывать с натяжением, несколько меньшим, чем предыдущий. Однако при формовании тонкостенных оболочек с малой толщиной каждого слоя разница между натяжением первого и последнего слоев составляет всего 5—6%- Это значение примерно укладывается в интервал колебаний натяжения наполнителя в процессе намотки. [c.75] Расчетное значение разрушающего напряжения стеклопластика зависит, как это было показано выше, от натяжения стеклонаполнителя. [c.76] При создании оболочек с большой относительной толщиной существенное значение для несущей способности конструкции приобретает прочность сомпозита в трансверсальном направлении. Можно полагать, что эта характеристика материала, определяемая в первую очередь прочностью адгезионного отрыва, должна зависеть от натяжения наполнителя в силу создаваемого им давления формования. [c.77] Таким образом, приведенные исследования показывают, что рекомендации по выбору натяжения при оптимизации технологического процесса должны быть сугубо конкретными, так как оптимальное значение натяжения зависит от многих факторов, в том числе от вида и структуры армирующего материала, физических характеристик связующего, пористости и соотношения компонентов, конструкции и условий нагружения изделия и т. д. [c.78] Исследования влияния некоторых технологических факторов на прочность композита, результаты которых обсуждаются в предыдущих разделах, показали, что в ряде случаев изменение параметров процесса формования не оказывает существенного влияния на механические характеристики материала. Однако было бы большим заблуждением считать, что эти параметры можно не учитывать при оптимизации технологии формования стеклопластиков, тем более, что они, ввиду особенности их строения и дисперсии свойств исходных компонентов, обладают высокой неоднородностью, оцениваемой коэффициентом вариации механических характеристик композита [127]. [c.78] Изучение влияния на прочность материала скорости, шага намотки и натяжения наполнителя показало, что изменение двух из этих параметров (V, Ы) не влияет на прочность стеклопластика при межслоевом сдвиге. Однако если рассмотреть этот эксперимент с точки зрения влияния указанных параметров па неоднородность композита (табл. П. 7), то становится очевидным, что даже в тех случаях, когда прочность не зависит от изменения технологических параметров, они существенно влияют на неоднородность материала. Таким образом, при разработке технологического процесса получения стеклопластиковых изделий выбор значений параметров формования должен производиться исходя из условий не только обеспечения высокой прочности композита, но и минимальной его неоднородности. [c.78] Формование однонаправленных стеклопластиков состоит из пропитки стеклоармирующего наполнителя и его намотки с той или иной скоростью на оправку. Очевидно, качество композита, за критерий которого можно принять, например, прочность при сжатии, в определенной степени зависит от параметров, характеризующих процесс намотки — скорости намотки V, шага раскладки , натяжения наполнителя N. [c.78] Вернуться к основной статье