ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура армирования из "Высокопрочные стеклопластики" В подавляющем больщинстве случаев стеклопластиковые оболочки вращения изготовляют методом намотки, т. е. они имеют тангенциальную ориентацию наполнителя. К достоинствам таких конструкций следует отнести их достаточно высокую несущую способность, сравнительную простоту и освоенность технологии изготовления. [c.84] Известно много работ, посвященных расчету схем армирования, однако во всех этих работах рассматривается отнюдь не нанлучшая для некоторых видов нагружения тангенциальная ориентация волокон [10, 131—134]. И не удивительно, что наиболее подробно сегодня изучен случай нагружения тонкостенных стеклопластиковых оболочек внутренним давлением. [c.84] Задача создания толстостенных корпусов из композитных материалов, подверженных действию внещнего давления, заставила по-новому взглянуть на проблему оптимизации структуры армирования. Несущую способность толстостенных оболочек с традиционной схемой армирования можно существенно повысить, если устранить недостатки, присущие намоточным стеклопластикам. К ним в первую очередь следует отнести опасность потери устойчивости волокон и последующее расслоение композита вследствие осевого нагружения арматуры тангенциальными сжимающими напряжениями опасность возникновения кольцевых трещин под действием остаточных напряжений, являющихся следствием термоупругой анизотропии и неравномерного температурного поля в процессе полимеризации связующего в толстостенных изделиях. Если добавить чувствительность к микродефектам и трещинам, имеющим тенденцию к прогрессирующему распространению, и низкую сдвиговую прочность композиции, то станет ясно, что рассчитывать на дальнейшее повышение прочности толстостенных изделий, изготовленных методом тангенциальной намотки и нагруженных внешним давлением, трудно. [c.84] Подробное рассмотрение вопросов армирования композита выходит за рамки данной книги. В этой области имеется большое число работ. Здесь исследуется лишь одна из наиболее перспективных, на наш взгляд, схем — радиальное армирование оболочек, нагруженных всесторонним сжатием [135, 136]. [c.84] Таким образом, механизм разрушения стеклопластика при двухосном сжатии в трансверсальной плоскости отождествляется с механизмом разрушения гомогенных изотропных материалов. Однако однонаправленный стеклопластик — существенно гетерогенная, анизотропная среда, природа разрушения которой при данной схеме нагружения вряд ли может быть объяснена на основе критерия максимальных удлинений. [c.85] Отсюда видно, что волокна оказываются сжатыми только на небольшом участке вблизи внешней поверхности, где Оа отрицательно, причем его абсолютная величина на этом участке мала (рис. П.25). Таким образом, потеря устойчивости волокон для оболочек с радиальной ориентацией наполнителя практически исключена. [c.86] Это соотношение можно использовать для оценки эффективности применения радиального армирования. [c.87] Используя результаты [138] экспериментального исследования прочности различных стеклопластиков при двухосном сжатии, удалось проверить полученную формулу (11.21). [c.87] Таким образом, формула (11.21), полученная на основании предположения о том, что арматура подвержена растягивающим нагрузкам при двухосном сжатии однонаправленного стеклопластика в трансверсальной плоскости, достаточно удовлетворительно согласуется с экспериментальными результатами. Это косвенно подтверждает справедливость предложенного выше механизма разрушения. [c.88] Таким образом, несущая способность радиально армированных оболочек может быть значительно повышена по сравнению с несущей способностью оболочек, полученных методом намотки. Кроме того, использование радиального армирования представляется перспективным по следующим причинам в материале оболочки с радиальной ориентацией наполнителя, где все волокна расположены нормально к тангенциальным напряжениям, между волокнами практически не развиваются напряжения сдвига материал радиально армированных оболочек мало чувствителен к трещинам и микродефектам, более того — наблюдается тенденция к локализации подобных дефектов, что очень важно в условиях всестороннего сжатия в силу специфической технологии изготовления подобных конструкций (из отдельных сборных элементов) в процессе сборки оболочки возможна тщательная проверка и выбраковка некондиционных единиц, т. е. организация пооперационного контроля, обеспечивающая повышение надежности изделия. Однако опыт изготовления первых стеклопластиковых цилиндрических и сферических оболочек с радиально армированным несущим слоем свидетельствует о достаточной сложности и трудоемкости этой технологии. Создание качественных оболочек, в которых в полной мере реализовано преимущество радиального армирования, возможно только при проведении всего технологического процесса на высоком уровне с использованием специального оборудования и оснастки. [c.88] Следовательно, повышение несущей способности оболочек с радиальным армированием может быть достигнуто применением высоконаполненных стеклопластиков на основе высокомодульных связующих. Кроме того, существует еще один путь, широко применяемый в современной технике, — это использование силовых подкрепляющих элементов шпангоутов, стрингеров, колец жесткости и т. д. Таким образом, метод радиального армирования открывает перед конструкторами и проектировщиками широкие перспективы создания конструкции с высокой несущей способностью. [c.89] Однако радиально-армированные оболочки из стеклопластика, несмотря на все их преимущества, не нашли до сих пор широкого промышленного применения из-за отсутствия достаточно простого способа изготовления качественных (со строгой радиальной ориентацией наполнителя) изделий. Известные способы изготовления подобных оболочек сложны и трудоемки и не позволяют полностью использовать возможности радиального армирования [135—137]. [c.89] например, способ получения радиально-армированных цилиндрических изделий прессованием с одновременной пропиткой связующим плоских кольцевых заготовок, которые формуются тороидальной намоткой на вымываемую оправку, технологически чрезвычайно сложен и трудоемок. Необходимо большое количество кольцевых оправок разового использования и оборудование для их изготовления. В процессе вымывания оправок неизбежны необратимые изменения состава стекла и удаление поверхностно-активных веществ (аппретов). При пропитке заготовки в прессе направления волокон отклоняются от радиального, что ведет к снижению несущей способности получаемого изделия. [c.89] В США разработан способ формования радиально-армированных цилиндрических стеклопластиковых оболочек из заранее изготовленных сборочных блоков, которые укладываются по образующей цилиндра. Этот процесс можно разделить на три стадии намотка толстых однонаправленных стеклопластиковых плит резка плит на блоки сборка оболочки из блоков. [c.89] В связи с изложенны.м представляет интерес способ сборки оболочки из кольцевых сегментов, формуемых из однонаправленной предварительно пропитанной стеклоленты. В процессе формования волокна ориентируются строго по радиусу кольца. [c.90] На рис. П. 27 показана готовая цилиндрическая оболочка, а также некотрые изделия, которые могут быть получены после соот-ветствуюиюн механической обработки кольцевых сегментов. [c.91] Эффективность разработанного способа заключается не только в повышении несущей способности радиально-армированных оболочек, но и в значительном упрощении технологического процесса и возможности его полной автоматизации. [c.91] Вернуться к основной статье