CC BY
42
Рис. 2 - Формирование водного режима расчетного слоя
почвы по вариантам увлажнения.
Оценку эффективности использования муниципальных сточных вод проводили по продуктивности сельскохозяйственной культуры. Результаты полученной урожайности люцерны по 2-му укосу по годам исследований приведены в таблице 1.
_______________________________Таблица 1 - Урожайность люцерны по вариантам опытов_________________________
Варианты поливов Урожайность люцерны по 2- му укосу, т/га
2011 год Прибавка урожайности, % 2012 год Прибавка урожайности, % Средняя по годам исследований
Полив сточной водой 3,46 20,9 4,33 20,9 3,90
Полив сточной водой разбавленной чистой водой 3,09 8,04 3,86 7,80 3,48
Полив чистой водой 2,86 контроль 3,58 контроль 3,22
Получена наибольшая урожайность зеленной массы за один укос люцерны - 3.46 т/га в 2011 году и 4,33 т/га, в 2012 году при одном поливе сточными водами и одном поливе чистой водой. Прибавка урожайности зеленой массы люцерны составила 0,6 ... 0,75 т/га или 20,9 % по сравнению с вариантом полива только чистой водой. При поливе сточными водами разбавленными чистой водой прибавка урожайности для люцерны 2-го - 3- го года жизни составила соответственно 0,23 .0,28 т/га за укос или 8,04 ... 7,8 %.
Литература
1. Васильченко Т. А. Количественная оценка риска возделывания яровой пшеницы в Саратовской области // Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2009. - №1. - С. 12-16.
2. Васильченко Т. А., Затинацкий С. В. Обоснование необходимости комплексных мелиораций с учетом возможного изменения климата в условиях Нижнего Поволжья// Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2008. - № 3. - С. 60-62.
3. Кошкин Н. М., Затинацкий С. В., Васильченко Т. А. Автоматизация управления режимом полива сельскохозяйственных культур с учетом погодных условий// Вестник СГАУ им. Н. И. Вавилова. - 2010. - №7. - С. 58-61.
4. Панкова Т. А., Руковичникова А. Н. Определение влажности почвы для регулирования режима орошения сельскохозяйственных культур в условиях Саратовского Заволжья//Научная жизнь. - 2013. - №4. - С.17-24.
5. Затинацкий С. В., Панкова Т. А. Ресурсосберегающая математическая модель нормирования орошения//Научное обозрение. - 2013. - №11. - С.10-12.
Пашинский RR1, Субботина М.Г.2
'Аспирант; 2доктор технических наук, доцент, Г осударственное высшее учебное заведение «Донецкий национальный
технический университет»
ИЗУЧЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ НАГРЕВЕ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОГО
КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
Аннотация
В статье исследовано изменение термических напряжений <&> в композите Ni-TiC с содержанием TiC 7-52об.% при t=200...1000°C. Установлено, что значения <&> равны 8,3...10,5 Н/мм2. При t<500°C напряжения возрастают, а при t=500...1000°C - снижаются.
Ключевые слова: композиционный материал, никель, карбид титана, термические напряжения.
Pashynsky V.V.1, Subbotina MG.2
'Postgraduate student; 2D.Sci. (Eng.) Public higher education institution, Donetsk National Technical University
THE STUDY OF THE THERMAL STRESS IN DISPERSION-HARDENED COMPOSITE MATERIAL WHILE HEATING
Abstract
The average thermal stress <a> in composite material Ni-TiC with 7-52vol.% of TiC at 200... 1000°C was studied in the article. It was proved that <&> value was equal to 8,3.10.5 N/mm2. The thermal stress was increasing while temperature was growing up to 500°C, but when temperature gained 500°C the stress began to decrease up to 1000°C.
Keywords: composite materials, nickel, titanium carbide, thermal stress.
Одним из актуальных вопросов проектирования композиционных материалов является исследование локальных напряжений при внешних воздействиях различного вида. Большой интерес представляет установление результирующего влияния изменения объемов элементов неоднородностей (включений). Эти изменения могут быть вызваны различными факторами, например, температурой.
В данной работе были рассмотрены композиционные материалы, состоящие из металлической матрицы и тонкодисперсных тугоплавких частиц, не растворяющихся в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы).
Целью работы было установление уровня термических напряжений в зависимости от доли включений карбида к материале при нагреве.
46
Физико-математическое описание дисперсноупрочненного КМ
В работе были приняты следующие допущения: матрица и материал включений изотропны; упрочняющие частицы шарообразной формы; частицы расположены в матрице равномерно.
В большинстве случаев положение включений в объеме матрицы случайно, однако в целом материал является статистически однородным. Таким образом, выполняется гипотеза эргодичности, а значит, можно выделить некоторый усредненный объем, который можно назвать элементарным, где находится одно сферическое включение (рис. 1).
Рис. 1 - Схема расположения упрочняющих частиц в сплаве
Отдельное включение занимает объем куба с гранью l=2(h+R); объем элементарной ячейки V=l3=8(h+R)3. В дальнейшим индекс «в» обозначает величины, относящиеся к включениям, а «м» - к матрице.
Концентрация включений составляет
B
V = £ (1 + h г3
V 6 R
Таким образом, параметр h/R
характеристика
микроструктуры КМ и равен
h
R
£
[6 •V
B
1. Очевидно, что при h/R=0 vB^max
£
'0,52. Минимальное значение
6
концентрации включений характеризует случай, когда h/R^ro, откуда vB^0. Данный диапазон концентрации включений соответствует границам применимости методов расчета свойств двухкомпонентных дисперсно-упрочненных КМ. В реальном композите объемное содержание упрочняющих частиц может быть значительно больше 52%, т.к. форма упрочняющих частиц далека от идеальной сферы, а сами частицы могут формировать непрерывный скелет.
Для расчета усредненных по объему термических напряжений можно воспользоваться уравнениями теории механики неоднородных сред для композита, в котором упругие модули матрицы меньше аналогичных модулей включений (случай «мягкая матрица - жесткие включения») [1-3]:
< „ М >= 30'в «'bkb "’mkm (1 - 9% < kb - KM ))aB (VBKB(1 - 9% < kb - km ))-‘ +
+ V__ K_ _ )a ) ATS,, M M M IJ
где r - радиус-вектор случайной точки среды
иВ и иМ - объемные доли включений и матрицы соответственно;
КМ, КВ - объемные модули упругости матрицы и включений соответственно;
аВ и аМ - коэффициент теплового расширения включений и матрицы соотвественно;
dfj - символ Кронекера (тензор второго ранга);
AT - изменение температуры;
gK 3a3km+4 • ^)
/лМ - сдвиговый модуль упругости матрицы.
Материал и методика
Моделирования был выбран композит, состоящий из никелевой матрицы и дисперсных частиц карбида титана при его объемном содержании от 7 до 52%.
Исходные данные:
1) размер частиц карбида титана R=0,005 мм межчастичное расстояние H=0.. .0,1 мм температура нагрева АТ=200.1000°С с шагом 100°С
модуль нормальной упругости никеля в зависимости от температуры приведен в таблице 1. модуль сдвига никеля р=73 ГПа
модуль нормальной упругости карбида титана К=460 ГПа модуль сдвига карбида титана р=410 ГПа
температурный коэффициент термического расширения никеля и карбида титана (табл. 1). При дальнейших расчетах используется функция интерполяции для определения температурного коэффициента при заданных температурах. При дальнейших расчетах используется функция интерполяции для определения модулей упругости при заданных
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
1
температурах.
Таблица 1 - Свойства Ni и TiC при различных температурах [4-6]
Ni Т,°С -269 20 120 200 300 380 480 520 590
К, ГПа 240 196 200 163,8 172,5 190,7 190,7 187 181,5
Т,°С -0,15 299,85 369,85 389,85 399,85 599,85
и о о а 13,5 16,6 26 15 17,6 17,8
ТЮ Т,°С -23,15 26,85 226,85 426,85
и о О а 7,35 7,72 7,63 7,79
47
Расчет средних термических напряжений в материале в зависимости от температуры нагрева и объемного содержания включений карбида был проведен согласно приведенному ранее физико-математическому описанию с использованием пакета программ MathCad v14.
Результаты и обсуждение
В результате моделирования были получены расчетные зависимости температурных напряжений в материале в зависимости от объемной доли включений карбида титана в матрице из никеля. Установленные зависимости приведены на рис. 2.
Рис.2 - Зависимость напряжений в композиционном материале от объемной доли включений карбида титана в матрице из
никеля при температуре 200.. .500°С (а) и 600.. .1000°С (б)
На основании полученных результатов можно утверждать, что зависимость напряжений, вызванных нагревом, не является линейной относительно концентрации элементов неоднородности. Рост напряжений связан с увеличением доли частиц второй фазы прямопропорционально.
При увеличении температуры изменение напряжений носит более сложный характер. При увеличении температуры до 500°С напряжения в материале возрастают, а свыше 500°С до 1000°С - снижаются. Такие результаты могут быть обусловлены исходными значениями физических величин, которые являются справочными.
Установленные значения напряжений колеблются в пределах 8,3.10,5 Н/мм2.
Заключение
В результате проведенного моделирования были получены данные о термических напряжениях в композиционном материале на основе никеля с включениями карбида титана (радиусом 5 мкм) при температуре 200.1000°С.
Были установлены следующие закономерности:
1) Зависимость напряжений, вызванных нагревом, не является линейной относительно концентрации частиц карбида титана.
2) Рост напряжений связан с увеличением доли частиц второй фазы прямопропорционально.
3) При увеличении температуры до 500°С напряжения в материале возрастают, а свыше 500°С до 1000°С - снижаются.
Полученные значения напряжений лежат в диапазоне 8,3.10,5 Н/мм2.
Используемый метод моделирования является достаточно чувствительным как к исходным значениям физических и механических величин, так и к методам прогнозирования этих значений для высоких температур нагрева. Следовательно, уменьшение погрешности, вносимой указанными факторами, является направлением для дальнейшего совершенствования данного метода установления уровня термических напряжений в композиционных материалах.
Литература
1. Колесников В.И., Бардушкин В.В., Сычев А.П., Яковлев В.Б. Напряженное состояние композиционных материалов в условиях воздействия термодинамических факторов // Вестник Южного научного центра РАН. - 2005. - № 4. - с. 9-13.
2. Кузнецов С.В. Эффективные тензоры упругости дисперсных композитов // Прикладная математика и механика. - 1993. -вып.1. - с. 103-109.
3. Ошмян В.Г, Кнунянц Н.Н., Товмавсян Ю.М., Тополкараев В.А., Маневич Л.И. Теоретико-экспериментальное исследование статистического деформирования дисперсно-наполненных композитов // Механика композиционных материалов. -1984. - № 3. - с.431-438.
4. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. М. Металлургия, 1977, 496 с.
5. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. М.: Атомиздат, 1968, 485 с.
6. Дриц М.Е. Свойства элементов. Справоник. М.: Металлургия, 1985, 672 с.
Попов В.М. 1, Лушникова Е.Н.2, Шатилова Е.А.3
Доктор технических наук, профессор; 2кандидат технических наук, доцент; 3студентка, Воронежская государственная
лесотехническая академия
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (код проекта №210-08-00087)
К ВОПРОСУ О ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИИ В ТЕПЛОНАПРЯЖЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С
КЛЕЕВЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ
Аннотация
Предлагается технологический прием создания клеевых соединений металлических конструкций с клеевыми прослойками повышенной теплопроводности с условием сохранения высокой прочности соединений. Исследованиями установлено, что воздействием на неотвержденную клеевую прослойку из дисперснонаполненного клея магнитоволновым полем можно значительно повысить ее теплопроводность и сохранить требуемую прочность соединения.
Ключевые слова: клеевые соединения, магнитное поле, волновое поле, прочность, теплопроводность.
Popov V.M. 1, Lushnokova E.N.2, Shatilova E.A.3
!DSc (Engineering), professor; 2PhD (Engineering), associate professor; 3student, Voronezh State Academy of Forestry and
Technologies
TO THE QUESTION OF THERMOREGULATION IN HEAT-STRESSED TECHNICAL SYSTEMS WITH ADHESIVE
JOINTS
Abstract
Technological method of producing adhesive joints of metal structures with adhesive layers of high thermal conductivity with condition for preserving of highstrength compounds is proposed. Studies have found that impact on uncured adhesive layer made of dispersed-filled the adhesive by magnetic wave field can significantly improve its thermal conductivity and save the desired bond strength.
Keywords: adhesive joints, magnetic field, wave field, strength, thermal conductivity.
48
