CC BY
11
2. Логунов И.И. Повышение качества цилиндрических и плоских стальных изделий высокоскоростным трением : дисс. ... канд. техн. наук: спец. 05.02.08 / Логунов Иван Иванович. - Новокузнецк, 1985. - 219 с.
3. Волошинский А. А. Повышение стойкости тонких фрезеных ножей из малолегированных инструментальных сталей : дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.21.05 / Волошинский Александр Александрович. - Львов, 1988. - 180 с.
4. Декл. пат. на кор. модель 45685 Украша, МПК В23В 17/00 В24В 39/00. Споаб фрик-цшного змщнення / М.Д. Крик, А.С. Рудь; заявник та власник патенту НЛТУ Украши, № 20040403029; заяв. 05.05.2009; опубл. 25.11.2009. Бюл. № 22.
5. Крик М.Д. Установка для поверхневого змщнення сталевих деталей шляхом оброблен-ня високошвидюсним тертям / М.Д. Крик, А.С. Рудь // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. на-ук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.4. - С. 86-89.
Капраль Ю.Р. Влияние режимных факторов на мощность при упрочнении конструкционной стали 45
Приведена методика определения мощности при упрочнении конструкционной стали 45 высокоскоростным трением. Установлено влияние режимных факторов на мощность при упрочнении. Установлены оптимальные режимы упрочнения, обеспечивающие минимальные затраты электроэнергии, при которых можно получить работоспособный упрочненный слой требуемой толщины и микротвердости.
Kapral U.R. The influence of regime factors on the power during strengthening of structural steel 45
The methods of determining the power during the strengthening of structural steel 45 by high speed friction is made in the paper. Established the influence of regime factors on power during the strengthening. Established the optimum regimes of strengthening for minimum cost of electricity and required hardened layer.
УДК684.4.04 Директор С.М. Кульман1, канд. техн. наук;
доц. Л.М. Бойко2, канд. техн. наук
КРИТЕР1Й ЖИТТеВОГО ЦИКЛУ стружкових плит НА ОСНОВ1 ДЕРЕВИНИ
На осжга дослщжень температурно-силово! залежност довгс^чност (тривало! мщносп) композицшних матерiалiв запропоновано штегральний критерий для об'ектив-но! оцшки ефективност опору стружкових плит на осж^ деревини термомехашчним дiям. Сформульовано та визначено штегральний критерш життевого циклу (КЖЦ) лич-кованих стружкових плит.
Ключовi слова: композицшш матерiали, довге^чшсть, життевий цикл.
Завдання збшьшення ресурсу довговiчностi виробiв iз композицiйних матерiалiв на основi деревини, а саме стружкових плит (СП), без глибокого вив-чення кшетики механiзму старiння та руйнування е важко вирiшуваним. Ввдо-мо, що пружня енерпя, що накопичуеться з часом у деформованому твердому тш, релаксуеться тшьки частково. Решта енергп зберiгаеться у тiлi аж до руйнування та поступово витрачаеться на його деструкщю [1].
Тло, що знаходиться шд даею постiйного навантаження та температури, поступово витрачае свою внутршню енергда на отр цьому навантаженню.
1 Директор ПП "Компания ШТЕРДИЗАЙН";
2 НУ бюресурс1в i природокористування Украши, м. Ки!в
Тобто внутршня енерпя тша визначае його сумарний енергетичний потенцiал. Знаючи величину цього потенщалу, е можливiсть поршнювати довговiчнiсть та працездатнiсть тих або шших матерiалiв мiж собою або прогнозувати довговiч-нiсть конструкцiй. Внутрiшня енерги складаеться iз кiнетичноí енергií хаотичного руху молекул, потенцiальноí енерги взаемодií мiж молекулами та внут-рiшньомолекулярноí енергií.
Внутрiшня енергiя е функщею стану системи. Коли система опиняеться у певному станi, ц внутрiшня енергiя приймае властиве цьому стану значения. Отже, змiна внутртньо1 енергií системи пiд час переходу системи з одного стану в шший завжди дорiвиюе рiзницi значень виутрiшньоí енергií у цих станах, незалежно вiд процесу або сукупносп процесiв, що призводять до переходу системи з одного стану в шший [2].
Внутршня енерпя переважно може змшюватися за рахунок двох проце-сiв: здайснення над тiлом роботи А та передачi йому кiлькостi теплоти Q. Прик-ладенi до тша зовшшш сили призводять над ним роботу, внаслщок чого мь няеться його об'ем. Робота зовшшньо!' сили Я над тшом вважаеться за позитив-ну. Негативна робота Я<0, означае, що тшо само призводить роботу /И/, нап-риклад пiд час деформування тiла. Тша, що знаходяться пiд дiею постiйного зовнiшнього навантаження, окрiм роботи, вiддають енергда шляхом безпосе-редньо!' передачi енергií до шших тш, або термостату. Ця частина змiни енергií е кшьккть вiдданого тшом тепла Q.
Таким чином змша енергií тша за одиницю часу пiд час його деформу-
_ dE dR dQ ^ dS dV _
вання буде: — =--= Т--р—. Причому, тут робота dR та кiлькiсть
dt dt dt dt dt
тепла dQ не е повними диференцiалами. Тшьки íх сума dR + dQ = dE, тобто
змiна енерги е повним дифереицiалом.
Отже, можна говорити про енергда Е у даному станi, але не можна гово-рити про кiлькiсть тепла Q, яким володiе тшо у даному сташ. Тобто енергда тала не можна дшити на теплову та механiчиу. Таке далення можливе лише коли йдеться про змшу енерги.
У сучасних розрахунках на мщшсть, як правило, не бере учасп такий важливий параметр, як час. Як вщомо, кшетична теорiя мiцностi твердих тiл е одшею з небагатьох теорiй, що враховуе час як параметр, що визначае перюд кнування тша або системи тш до моменту руйнування.
Вiдомо, що для полiмерiв та композицшних матерiалiв на основi дереви-ни, час до руйнування пов'язаний з температурою та напруженням у рiвняннi професора СМ. Журкова, СБ. Ратнера [3]:
т = тт ехр
^^(Т-1 - Тт-1)
(1)
де: т - час до руйнування (довговiчнiсть), с; тт _ мшмальна довговiчнiсть (перь од коливання кшетичних одиниць - атомш, груп атомiв, сегментiв), с; и0 _ ефек-тивна енерпя активацп руйнування, кДж/моль; у _ структурно-механiчний параметр, кДж/(моль^МПа); Я _ унiверсальна газова стала, кДж/(моль^К); а _ нап-руження, МПа; Т _ температура, К; Тт _ гранична температура кнування твердого тша (температура деструкци), К.
Р1вняння мае ясний ф1зичний змкт, - руйнування вщбуваеться внаслвдок накопичення розрив1в зв'язюв; енерпя активацц и0 шд впливом мехашчного на-вантаження зменшуеться на величину уа.
На шдстав1 отриманих температурно-часових залежностей, було визна-чено термоактивацшш параметри личкованих стружкових плит, значения яких наведено у робота [4]. Оброблення експериментальних даних за допомогою рег-ресшного анал1зу надало змогу отримати додаткову, адекватну математичну модель процесу деформування та руйнування у вигляд1 лшшного полшома, що мктить елемент нелшшно! взаемодц двох фактор1в, що дослщжувалися:
^ гкашСП = 15,223 - 0,743а- 0,134Т + 0,006стТ, (2)
^ ?ламсп = 14,172 - 0,676ст - 0,11Т + 0,005&Т, (3)
^ Гдубсп = 17,768 - 0,807а - 0,19Т + 0,008аТ , (4)
^ tei.cn = 17,243 - 0,773а - 0,17Т + 0,007аТ. (5)
Таким чином виявилося, що обидв1 модел1, феноменолопчна модель (1) та регресшш модел1 (2-5) адекватно описують один 1 той же процес поступово-го руйнування личкованих СП шд д1ею термомехашчного навантаження.
Тому можна припустити, що вони мають зв'язаш м1ж собою, тобто сшльш параметри, що характеризують властивоста матер1ал1в чинити опр руйнуванню. Таким чином, т ермоактивацшш параметри модел1 (1) мають бути пов'язаш з постайними коефщентами у моделях (2-5).
Мета дослщження - розробити, обгрунтувати, сформулювати штеграль-ний критерш, що характеризуе життездатшсть личкованих стружкових плит (СП) на основ1 деревини для об'ективно! ощнки ефективноста чинити отр тер-момехашчним дям. Запропонувати об'ективний штегральний критерш ощнки енергетичного ресурсу личкованих СП та конструкцш з використанням СП, щоб мати змогу встановити !х життевий цикл, тобто перюд, протягом якого тало або конструкщя може виконувати свою функцда.
Методика дослщження - базуеться на единому кшетичному шдход1 до процесу деформування та руйнування композицшних матер1ал1в на основ1 деревини, залежно в1д структури та властивостей низько- та високомолекулярних твердих тал.
Результати дослщження. Як було показано у робота [4], обидв1 модел1 у простор! змшних фактор1в а, Т, /§т обмежують деяку поверхню граничного стану матер1алу, розглядати яку потр1бно як граничний цикл у координатах змшних фактор1в а, Т,
Хоча обидв1 модели феноменолопчна (1) та регресшш (2-5) адекватно описують довгов1чноста личкованих СП, але структура моделей р1зна. Структура модел1 (2-5) будуеться "вщ зворотного". Тут перший член е максимальна довгов1чнкть тала за мЫмально! термомехашчно! дп. Тод1 як феноменолопчна модель (1) будуеться за прямим розрахунком довгов1чноста залежно в1д зовшш-шх термомехашчних умов.
Для визначення взаемозв'язку параметр1в двох моделей м1ж собою наве-демо р1вняння (2-5) у загальному виглядг
^т = ^Тта - аа - ЬТ + саТ. (6)
Враховуючи, що у моделi (1) ат = и0/у _ гранично допустиме напружен-ня, знайдемо взаемозв'язок постiйних коефщештв моделей (1) та (6), тобто
?т = А(- Ь, с) < От = У2(а, Ь, с) Тт = /з(а, Ь, с).
У робоп [4] наведено модель (1) та (6), що описують поверхню граничного стану матерiалу у виглядi поверхиi другого порядку, гiперболiчного пара-болоща (повернуте сiдло). Ця сiдлова поверхня мае тальки одну стацiонариу точку _ полюс. Термоактивацшш параметри тт, Тт, и0, у однозначно визначають координати полюса у просторi координат поверхш а - Т - ^т.
Пiд час дослiджения цього явища розбили систему на дрiбнi складовi та побудували фiзичиу модель. За такого шдходу можна розглядати стружковi плити, що знаходяться пiд дiею температурного та силового навантаження у виглядi нерiвноважноí дисипативно!' структури [6]. У цьому випадку, единим стацюнарним станом е момент руйнування. Година до руйнування (довговiч-нiсть) визначить життевий ресурс, або життевий цикл личкованих СП.
Оскiльки формула (1) та регресшш моделi (2-5) описують аналопчний процес у координатах а - Т - ¡%т, тобто цшсний стан тiла, то можна припусти-ти, що коефiцiенти при а та Т у моделях (2-5) повинш бути пов'язаними з тер-моактивацшними параметрами рiвияния (1), а саме тт, Тт, и0, у.
Розглянемо стацiонарний стан личкованих СП, що вiдповiдають умовам:
дТ до
1з формули (7, 8) отримуемо:
= -Ь + со = 0; (7)
= -а + сТ = 0. (8)
О ио Ь (9)
От =-= - , (9)
у с
Тт = - . (10)
с
Поставивши отримаш граничш значень у рiвияннi (6) маемо:
^Тт = 1§Тт-х - аат - ЬТт + са„Тт. (11)
Ршняння (7-11) однозначно визначають взаемозалежноста термоактива-цiйних параметра (Тт, тт, и0, у) у феноменолопчнш моделi (1) та постiйних ко-ефiцiентах а, в, с регресшно!' моделi (6). Це означае, що обидв моделi адекватно описують поведшку личкованих СП пiд час навантаження. У цьому випадку можна говорити про визначення деякого об'ективного критерiю життевого циклу стружкових плит на основi деревини.
За такий критерш зручно прийняти величину внутртньо!' енергп, або запас життево!' сили (величину життевого циклу), що знаходиться мiж повер-хнями граничного стану СП у координатах а - Т - ¡%т.
На mдставi термоактивацшних параметрiв СП [4] та рiвнянь (3), (4) по-будовано позитивно визначет областi поверхонь граничного стану личковано! СП шпоном дуба - 1 та ламшовано! СП - 2 (рис.).
Поверхня 1'
МПа
1'£Ттах ш
Поверхня 2
Т=293 К Т1=293 К Ъ=333 К
Тт лам=421 К
Тт лам. =486 К
^ Т, К
Рис. Величини критери'е життееих ци^е (КЖЦ) у еигляЫ об'eмiв, що знаходяться мiж поеерхнями граничного стану та граничними умоеами експлуатаци личкоеаних СП. Об 'ем А0В0С0В0АВСБ ~ для личкоеаног СП шпоном дуба, А0ВоСо00А1В1С1В1 - для ламтоеаноХ СП
Як видно з рис., величини критерш життевого циклу (КЖЦ) для личковано! СП шпоном дуба та ламшовано! СП обмежеш об'емами мiж поверхнями граничних статв та вiрогiдними граничними умовами експлуатаци матерiалiв: ае (7...17МПа); Те (273...333К).
Величина критерш життевого циклу (КЖЦ) визначиться таким чином:
Уе = | аг | + \gTrn -
Т1
и о-: я
'(т-1 - тт-')\\ае,
(12)
Т2
а
де: УЕ - критерш життевого циклу (КЖЦ) мехашчно! системи шд час термоме-хашчного навантаження, кДж К с; хт - мшмальна довгов1чнкть (перюд коли-вання кшетичних одиниць - атом1в, груп атом1, сегмештв), с; и0 _ енерпя акти-вацц руйнування, при а ^ 0, кДж^моль; у = ди/да _ параметр, пов'язаний з ко-ефщкнтом перенапруження та активацшним об'емом розриву зв'язюв, кДж/(моль-МПа); Тт _ гранична температура кнування твердого тала, К; ат -гранично допустиме напруження, МПа; К - ушверсальна газова стала, кДж/(моль-К); ттах- час до руйнування при а = 0 МПа, Т = 273 К за формулою (1), с; а1 та а2 _ нижня та верхня межа мехашчних навантажень шд час експлу-атацц, МПа; Т1 та Т2 _ нижня та верхня межа термонавантаження шд час експлуатацп, К; а _ напруження, МПа; Т - температура, К.
Пор1вняемо критерц життевих цикшв личкованих стружкових плит ви-користовуючи формулу (10) за таких граничних умов (а1 = 7 МПа, а2 = 17 МПа, Т1 = 293 К, Т2 = 333 К). Результати розрахунтв наведено у табл. та на рис.
Табл. Значення критерпв життевих цикйв личкованих стружкових плит
№
Найменування матерiалу
Термоактивацшш параметри матерiалу [4]
" (Тт),
с
и
кДж/моль
у, кДж/ (МПа- моль)
Критерiй життевого циклу матерiалу
Ув, кДж-К-с
СП личковане шпоном дуба
_ 0,33
257
11,4
421
10340
СП личковане шпоном вшьхи
1,3
231
9,6
457
10200
СП ламшоване
■ 0,7
196
9,1
486
7683
СП кашироване
-1,4
204
8,5
455
9023
Tm, к
1
2
Як випливае з табл., критерш життевого циклу УЕ дае змогу штегрувати вс термоактивацшш параметри матер1ал1в в один параметр, значення якого визначае ефективнкть матер1алу чинити ошр термомехашчнш до. Що важливо шд час проектування нових та об'ективно! ощнки вже кнуючих композицшних матер1ал1в на основ1 деревини, конструкцш
Висновки:
1. Сформульовано та визначено штегральний критерш життевого циклу (КЖЦ) для личкованих стружкових плит на основ1 деревини.
2. Критерш життевого циклу (КЖЦ) дае змогу об'ективно оцшити ефектившсть личкованих стружкових плит чинити опр термомехашчнш дц.
Лiтература
1. Ландау Л.Д. Теоретическая физика : учебн. пособ. _ Т. VII. Теория упругости / Л.Д Ландау, Е.М. Лифшиц. _ Изд. 5-ое, [перераб. и доп.]. _ М. : Изд-во "Физматлит", 2007. _ 264 с.
2. Ландау Л.Д. Теоретическая физика : учебн. пособ. _ Т. V. Статистическая физика / Л.Д Ландау, Е.М. Лифшиц. _ Изд. 5-ое, [перераб. и доп.]. _ М. : Изд-во "Физматлит", 2007. _ 567 с.
3. Регель В.Р. Кинетическая природа прочности твердых тел / В.Р. Регель, А.И. Слуцкер, Э.Е. Томашевский. _ М. : Изд-во "Наука", 1979. _ 560 с.
4. Бойко Л.М. Дослщження взаемозв'язку термоактивацшних параметров личкованих стружкових плит при прогнозуванш довгегачносп / Л.М. Бойко, С.М. Кульман // Стан та пер-спективи розвитку деревообробки : зб. тез доп. Мiжнар. наук. конф., 17-18 травня 2011 р. _ Л^в : РВВ НЛТУ Украши. _ 2011. _ Вип. 37.1. _ С. 81-83.
5. Кульман С.Н. Нелшшш ефекти деформування i руйнування композицшних матер1ал1в на осжга деревини / С.Н. Кульман // Науковий вюник НУБiП Украши : зб. наук. праць. - Сер.: Лiсiвництво та декоративно сад]вництво. - К. : Вид-во НУБШ Украши. - 2011. - Вип. 164, ч. 3. -С. 250-255.
6. Пригожин И.Р. От существующего к возникающему / И.Р. Пригожин. - М. : Изд-во "Мир", 1985. - 327 с.
Кульман С.Н., Бойко Л.М. Критерий жизненного цикла стружечных плит на основе древесины
На основе исследований температурно-силовой зависимости долговечности (длительной прочности) композиционных материалов на основе древесины предложен интегральный критерий, характеризующий жизнеспособность механических систем, например стружечных плит на основе древесины, для объективной оценки эффективности сопротивления материалов термомеханическому воздействию.
Ключевые слова: жизненный цикл, композиты, долговечность.
Kulman S.M., Bojko L.M. Criteria of life cycle particle board based on
wood
Based on studies of temperature-force dependence of durability (long-term strength) of composite materials based on wood proposed integrated criterion characterizing the viability of mechanical systems, such as particle board based on wood, for objective evaluation of efficiency materials resistance thermo-mechanical stress.
Keywords: life cycle, composites, durability.
УДК 674.093.02 Проф. В.М. Максимiв, д-р техн. наук;
доц. Л.Н. Горбачова, канд. техн. наук; астр. Л.В. Хмарик - НЛТУ Украти, м. Львiв
анал1з теплотехн1чних характеристик ст1н р1зних конструкц1й у дерев'яному домобудуванн1
Проблема енергозбереження належить до прюритетних напрямiв розвитку науки, технологш i техшки. Особливе мюце у виршенш ще! проблеми выводиться зовшшшм стшам житлових будинюв, теплотехшчш характеристики яких на цей час не забезпечу-ють необхщного рiвня теплозахисту. У робот розглянуто теплотехшчш показники стш дерев'яних будинюв рiзного типу з метою удосконалення ефективних стшових конструкцiй i технологий.
Ключовi слова: теплотехшчш показники, дерев'яш будинки, масивна деревина, панельнi будинки, каркаснi будинки, оцилшдрована колода, профiльований брус, ого-роджувальнi конструкций
Проблему рацiонального використання та економií паливно-енергетич-них ресурав вирiшуе свiтове спiвтовариство одночасно за кшькома напрямка-ми. Однiею з найбшьш енергоемних галузей економiки краши е житлове будiв-ництво, тому резерви енерго-ресурсозбереження в цьому шдроздш достатньо великi. Особливу увагу в проблемних питаннях енергозбереження будинкiв, привертають конструкцií зовнiшнiх огороджень, через яю втрачаеться протягом опалювального перiоду 20.. .40 % теплово! енергií залежно ввд призначення, по-верховостi i конструктивно!' схеми споруди. У нашш краЫ i за кордоном про-водять дослiдження, спрямованi на вишукування легких i енергоекономiчних огороджувальних конструкцiй, що вирiзняються малою трудомiсткiстю зведен-ня, довговiчнiстю i ремонтопридатнiстю. Вiдомо, що на огороджувальш
