Научная статья на тему 'Анализ напряжений и прогибов в баллонах давления из композиционного материала'

Анализ напряжений и прогибов в баллонах давления из композиционного материала Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
153
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Агроинженерия
ВАК
Ключевые слова
НАПРЯЖЕНИЕ / ПРОГИБЫ / КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ / STRESS / DEFLECTIONS / COMPOSITE MATERIAL

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Елтышев Владимир Александрович, Барыкин Юрий Алексеевич

Проведен анализ распределения перемещений и напряжений в баллонах давления из композиционного материала. Определены опасные сечения и значения максимальных напряжений

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF STRESSES AND DISPLACEMENTS IN PRESSURE TYRES OF COMPOSITE MATERIAL

The paper provides an analysis of stresses and displacements in pressure tyres of composite material. The authors identify hazardous sections and values of maximum stress.

Текст научной работы на тему «Анализ напряжений и прогибов в баллонах давления из композиционного материала»

Отремонтированные покрышки подвергают статической балансировке на специальном станке БЛБ-1. Уравновешивают покрышку, приклеивая на ее внутреннюю беговую часть куска листовой специальной резины толщиной 2,0 мм. Пробег покрышки после восстановления составляет 15...25 тыс. км [2].

Технология восстановления шин на заводе «Бриджстоун» следующая.

Сначала каждый каркас внимательно осматривают изнутри и снаружи на инспекционном борторасширительном станке. Проколы и другие повреждения помечают.

Пригодные шины отправляются на более детальный осмотр — на станке вакуумной шеаро-графии при помощи двух камер и лазерных лучей происходит сканирование внутренних расслоений в протекторной зоне и в боковинах. Изображения передаются на компьютер, и оператор видит состояние каркаса на мониторе.

Основные критерии приемки каркасов автошин на восстановление:

1. Каркас автошины должен быть не старше пяти лет.

2. Заводской номер должен быть читаемым.

3. Не допускается износ беговой дорожки до оголения брекерного слоя.

4. Не допускаются повреждения в зоне бортового кольца, повреждения герметизирующего слоя внутри каркаса шины.

5. Не допускаются различные деформации боковины и повреждения в неремонтируемой зоне.

6. Не принимаются уже ранее восстановленные шины, шины китайского, российского производства или шины не установленного производителя.

Следующий этап — шероховальный станок. Здесь удаляют протектор и зачищают всю грязь, причем пыль сразу втягивается встроенным пылесосом. Шину, обработанную на этом станке, запрещено ка-

саться руками, даже в перчатках; ее нельзя опускать на пол. Потом на участке зачистки местных повреждений скайвинга тремя видами пневмоинструмента с насадками удаляют все мелкие повреждения протектора и боковины. Затем шину в покрасочной камере обрабатывают связующим составом — «цементом», чтобы обеспечить потом прилипание протекторной ленты и прослоечной резины.

На лентоотрезном станке оператор должен нажать одновременно две кнопки для того, чтобы отрезать кусок протекторного слоя нужного размера. Это забота о безопасности, при такой технологии просто невозможно получить травму. Есть и кнопка полной остановки в экстренном случае.

С помощью валиков под давлением 0,35 МПа происходит прикатывание ленты и прослоечной резины, на сборочном станке — сборка ленты и каркаса. Оператор контролирует центровку и в целом процесс с помощью лазерного светового устройства. После этого шину упаковывают в герметизирующий резиновый конверт, и она по монорельсу отправляется в автоклав. «Выпекание» 22 шин одновременно производят в течение 4,5 ч при температуре 99 °С под давлением 0,6 МПа. В результате происходит вулканизация — химический процесс, при котором молекулы резины связываются в цельный химический кусок. Это не приклеивание, а именно химическая реакция с взаимопроникновением молекул.

После автоклавирования остается снять конверт и покрасить шину.

Список литературы

1. Зубкова, И. Шинам — вторую и третью жизнь / И. Зубкова // Грузовой транспорт и спецтехника. — 2011. — № 10. — С. 39-42.

2. Румянцев, С.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Учебник для ПТУ / С.И. Румянцев,

А.Ф. Синельников, Ю.Л. Штоль. — М.: Машиностроение, 1989. — 272 с.

УДК 624.04

В.А. Елтышев, доктор техн. наук Ю.А. Барыкин

Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОГИБОВ В БАЛЛОНАХ ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

П

рименение современных композиционных баллоны давления из композиционных материа-

материалов в сельском хозяйстве становит- лов для сжатого и сжиженного газа в автосельхоз-

ся все более актуальным в связи с модернизаци- технике. Перспективным является проектирование

ей, проводимой во всех отраслях народного хозяй- и производство различного рода емкостей для хра-

ства. В настоящее время уже находят применение нения и опрыскивания под давлением сельхозуго-

дий различными реактивами. Последнее связано с высокой стойкостью композиционных материалов к агрессивным средам. При проектировании такого рода конструкций необходимо уметь определять возникающие в них перемещения и напряжения от действующих нагрузок.

Из анализа литературы по данному направлению следует, что современные численные методы сложны для реализации и требуют специальной подготовки, а инженерные решения в аналитическом виде отсутствуют.

С целью восполнить этот пробел в работе [1] были получены аналитические выражения для определения перемещений (прогибов) и напряжений в композиционных баллонах давления из ор-тотропного материала.

Выражения для прогибов имеют следующий

вид:

для цилиндрической части баллона

\ 2

№ = ц 2Е,И

2 -v^ -

для эллиптических днищ

рЬ2

№э = э 2Е2к

2-

2

П(рх)

(1)

(2)

где п(Р*) = е вх еовРх, в = ^^2 ~ _ у2 ’Р — давление

в баллоне; Е2, у2, у1 — модули упругости и коэффициенты Пуассона ортотропного материала в меридиональном и окружном (кольцевом) направлениях (Е1 = Е2у2 / у2); а, Ь — полуоси эллиптических днищ; к — толщина баллона; х — меридиальная координата.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что в стыковом сечении цилиндра с днищем при х = 0 функция л(Р^) = 1, поэтому оба выражения (1) и (2) дают одну и ту же зависимость

РЬ2

№ =

2Е2к

2 \ а

Распределение меридиональных напряжений ох в баллоне описывается следующим выражением [1]:

РЬ

°х 2к

1 + ■

3

■ — v^

а к №)

(3)

где П1 (х) = Є_вХ8ІП Рх.

Исследование н казывает, что максимальное значение ох при вх =

Исследование на экстремум выражения (3) поп

4

следующее:

о х

рЬ

1+

0,484

314^2

(4)

Выражение (4) справедливо как для цилиндрической части, так и для днищ, только опасная точка для цилиндра лежит на наружной поверхности, а для днищ — на внутренней. Это следует из распределения изгибающих моментов М в цилиндре и М в днище (рисунок), где

мц=-мэ=# (а)2 п(в>)-

мц

мэ

р_ I Ь

2

Пі

0,322

рЬН

VV1

Так как мембранные кольцевые напряжения оу в эллиптических днищах меньше, чем в цилиндрической части баллона [2], то для определения максимального значения кольцевого напряжения оу достаточно исследовать его выражение для цилиндрической части баллона:

При увеличении координаты х функция п(Рх) убывает, при рх = п равна 0,0432 и при значениях рх > п ей в инженерных расчетах можно пренебречь.

Поэтому при рх > п для прогибов цилиндрической части можно принять следующее значение:

РЬ2

* = ^(2 -У2 ),

2Б2к

а для днищ при длине дуги меридиана рх > п значение

№ =

РЬ

2Е2к

2 ь2

2 -~ V2

а2

На основании проведенного анализа распределение прогибов в баллоне показано на рисунке.

V

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2

2

2

2

2

РЬ

Оу = —

у 2к

2 - 2(а) п(вх)+

3у2

213 (')/ -у2 )

(5)

Выражение (5) принимает экстремальное значение при значении

Рх = п + arctg

,.1.max РЬ

О Y = — Y 2к

3у2

31 У2/. - у2 I + 3у

-У|)

3"2

2 - 2 (а) ЛИ+

а) п (И

(6)

(7)

Таким образом, подставляя в приведенные выражения (1)-(7) конкретные значения размеров, давления и механических характеристик материала баллона, можно получить все необходимые данные по прогибам и напряжениям в рассчитываемых конструкциях.

Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что приведенные выражения (1)-(5) в частном случае для изотропного металлического баллона, т. е. при Е1 = Е2 = Е, V! = у2 = V, совпадают с выражениями, полученными в работе [2].

Список литературы

1. Елтышев, В.А. Напряженное и деформированное состояние ортотропных баллонов давления / В.А. Елтышев, Ю.А. Барыкин // Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской ГСХА. — Пермь: ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010. — С. 311-315.

2. Тимошенко, С.П. Пластинки и оболочки /

С.П. Тимошенко, С. Войновский-Критер. — М.: Физ-маттиз, 1963. — 636 с.

2

+

+

УДК 629.083 А.Л. Тоцкий

Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I

Автомобиль является крупнейшим загрязнителем окружающей среды, особенно в крупных городах. Считают, что мировой парк автомобилей приблизился к 700 млн ед. Россия, Китай, Индия, другие страны переживают автомобильный бум. Автопарк России ежегодно увеличивается на 1,6...1,8 млн автомобилей [1].

Происходит ускорение обновления автопарка и вывод из эксплуатации автотехники, узлы и компоненты которой пригодны для дальнейшей эксплуатации. Учитывая, что в 90-е годы прошлого века в нашу страну хлынул поток подержанных автомобилей, иногда полностью выработавших свой ресурс, следует ожидать значительного увеличения количества автомобилей, выводимых из эксплуатации.

Ускорившееся обновление автопарка, увеличение его численности создают реальную и серьезную угрозу окружающей среде, в том числе неоправданно большого потребления материальных ресурсов. Снизить ее может рациональное обращение с выводимыми из эксплуатации автомобилями, автокомпонентами и материалами [2].

Утилизация автотранспортных средств должна развиваться в двух направлениях:

82

восстановления и повторного использования узлов, агрегатов и других автокомпонентов, сохранивших свой ресурс;

• переработки узлов и агрегатов, не подлежащих восстановлению, во вторичные материалы с целью их использования при производстве новых материалов.

Для реализации этих направлений необходимо знать, какие материалы и в каком количестве образуются при утилизации автотранспортных средств.

По состоянию на 1 января 2011 г. количество автотранспортных средств, зарегистрированных на территории Российской Федерации, равняется 49,2 млн ед. Общее число легковых автомобилей при этом составило 40,02 млн, грузовых авто — 5,35 млн, тракторов и комбайнов — 2,94 млн, а оставшиеся 894 тыс. приходятся на автобусы [2].

В России утилизируемые автотранспортные средства можно разделить на два основных потока:

• автотранспортные средства, утилизируемые при финансовой поддержке государства («Программа утилизации автомобилей»), порядка 500 тыс. автомобилей;

• автотранспортные средства, утилизируемые без финансовой поддержки государства (на-

АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ УТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.