CC BY
10УДК 624.012
Б.А. БОНДАРЕВ1, д-р техн. наук, А.Б. БОНДАРЕВ2, канд. техн. наук, Р.Ю. САПРЫКИН1, инженер, Ф.Н. КОРВЯКОВ1, инженер
1 Липецкий государственный технический университет (398600, г. Липецк, ул. Московская, 30)
2 ООО «ЛипецкНИЦстройпроект» (398002, г. Липецк, ул. Балмочных, 15)
Метод структурных диаграмм и виброползучесть полимерных композиционных материалов
Показано, что в развитии деформаций виброползучести в материалах при циклических нагружениях, можно выделить три стадии: неустановившуюся, установившуюся и ускоренную (лавинную). В зависимости от уровня нагружения и коэффициента асимметрии цикла развитие деформаций виброползучести может протекать различно. Сделаны выводы о возможности использования структурных диаграмм материала для анализа сопротивляемости полимербетона длительным статическим нагрузкам, а также о возможности построения структурных диаграмм по результатам циклических испытаний; определено, что виброползучесть полимербетонных элементов при циклическом сжатии подчиняется общим законам теории ползучести вязкоупругих тел.
Ключевые слова: виброползучесть, структурные диаграммы, полимерные композиционные материалы, полимербетон, статические нагрузки, циклические нагрузки.
B.A. BONDAREV1, Doctor of Sciences (Engineering), A.B. BONDAREV2, Candidate of Sciences (Engineering), R.Yu. SAPRYKIN1, Engineer, F.N. KORVYAKOV1, Engineer
1 Lipetsk State Technical University (30, Moskovskaya Street, 398600, Lipetsk, Russian Federation)
2 OOO "LipetskNITSstroyproekt" (15, Balmochnykh Street, 398002, Lipetsk, Russian Federation)
Method of Structural Diagrams and Vibrocreep of Polymeric Composite Materials
It is shown that in the course of development of vibrocreep deformations which develop in materials under cyclic loadings it is possible to mark out three stages: transient, steady-state and accelerated (avalanche). Depending on the loading level and coefficient of cycle asymmetry the development of vibrocreep deformations may be different. It is concluded about possibility to use the structural diagrams of a material for analyzing the resistance of polymer concrete to long-term static loads as well as about the possibility to construct structural diagrams according to the results of cyclic tests; it is determined that the vibrocreep of polymer concrete elements under the cyclic compression follows the general laws of the theory of viscoelastic bodies creep.
Keywords: vibrocreep, structural diagrams, polymeric composite materials, polymer concrete, static loads, cyclic loads.
Важной характеристикой работоспособности циклически нагруженных полимерных строительных элементов являются деформации виброползучести, развивающиеся в материале при нагрузках цикла, отличных от нуля. Графическим отражением деформаций при асимметричном циклическом загружении являются кривые виброползучести. Каждая точка кривых деформаций виброползучести определяется как
ех10-4
среднее значение показателей двух датчиков, расположенных на противоположных гранях призм. Датчик имеет размеры 100x100x400 мм и выполнен из полимербетона на полиэфирной смоле ПН-609-21М следующего состава: смола ПН-609-21М — 9%; щебень — 52%; песок — 28%; андезитовая мука — 11%; нафте-нат кобальта — 8% (от массы смолы); гипериз — 4% (от массы смолы).
ех10-4
2x10е
3x10е 3,5x10е
N, u
Рис. 1. Кривые виброползучести сжатых полимерных элементов при р=0,1 и уровнях нагружения: 1 - 0,46 Яь; 2 - 0,6 Яь; 3 - 0,66 Яь; 4 - 0,5 Яь; 5 - 0,4 Яь; 6 - 0,38 Яь; 7 - 0,44 Яь; 8 - 0,48 Яь; 9 - 0,32 Яь; 10 - 0,3 Яь; 11 - 0,31 Яь; 12 - 0,31 Яь; 13 - 0,28 Яь
2x10е
3x10е 3,5x10е
N, u
Рис. 2. Кривые виброползучести сжатых полимерных элементов при р=0,3 и уровнях нагружения: 1 - 0,65 Яь; 2 - 0,62ЯЬ; 3 - 0,68 Яь; 4 - 0,5 Яь; 5 - 0,48 Яь; 6 - 0,38 Яь; 7 - 0,47 Яь; 8 - 0,47 Яь; 9 - 0,36 Яь; 10 - 0,32 Яь; 11 - 0,4 Яь; 12 - 0,34 Яь; 13 - 0,42 Яь
научно-технический и производственный журнал Q'TFOWf1- J\ii'r\i>\*
июль 2014
sx10-4
2x10s
3x10s 3,5x10s
N, u
0
20 40
60 80 100 120 140 160 180
Т, сут
35
30
Рис. 3. Кривые виброползучести сжатых полимерных элементов при р=0,6 и уровнях нагружения: 1 - 0,65 Яь; 2 - 0,56 Яь; 3 - 0,58 Яь; 4 - 0,6 Яь; 5 - 0,54Rb; 6 - 0,7 Яь; 7 - 0,52 Яь; 8 - 0,51 Яь; 9 - 0,48 Яь; 10 - 0,42 Яь; 11 - 0,4 Яь; 12 - 0,45 Яь; 13 - 0,5 Яь; 14 - 0,44 Яь; 15 - 0,38 Яь
ех10-4 35
30
_VSvp
Рис. 5. Структурные диаграммы полимербетона ПН-609-21М при различных режимах нагружения: 1 - статическая нагрузка при р=1; 2 - циклическое нагружение при р=0,6; 3 - циклическое нагружение при р=0,3; 4 - циклическое нагружение при р=0,1
релаксации напряжений деформации могут носить нарастающий, установившийся или затухающий характер.
=0,66; 0,6; 0,5 локальные
Так, в совокупности, при
R„
Рис. 4. Кривые ползучести полимербетона ПН-609-21М при сжатии: 1 - 0,28 Яь; 2 - 0,32 Яь; 3 - 0,36 Яь; 4 - 0,4 Яь; 5 - 0,44 Яь; 6 - 0,48 Яь; 7- 0,55 Яь; 8 - 0,6 Яь
При развитии деформации виброползучести можно выделить три стадии: неустановившуюся, установившуюся и ускоренную (лавинную). В соответствии с этой классификацией первая стадия виброползучести характеризуется монотонным уменьшением скорости деформации. За ней следует стадия, в течение которой проявляется линейная зависимость деформаций от количества циклов нагружения. При этом скорость деформации остается практически постоянной и зависит от уровня нагруже-ния. Третья стадия виброползучести характеризуется непрерывно нарастающей скоростью деформации, приводящей к разрушению материала элемента конструкции.
В зависимости от уровня нагружения и коэффициента асимметрии цикла развитие деформаций виброползучести может протекать различно. На стадии неустановившихся деформаций виброползучести в зависимости от соотношения скоростей деформирования и
напряжения, вызванные неоднородностью структуры полимербетонов, не успевают отрелаксировать за цикл нагрузка-разгрузка и с остаточными, превышают прочность структурных связей.
Деформации виброползучести постоянно нарастают, и разрушение происходит на этой стадии.
При уровнях нагружения 0,46 Rb; 0,44 Rb и 0,4 Rb между процессами деформации релаксации напряжений к концу первой стадии устанавливается динамическое равновесие, что связано с концентрацией субми-кротрещин в объеме материала конструкций (рис. 1).
При уровнях нагружения 0,32 Rb; 0,3 Rb релаксационные процессы на установившейся стадии могут снизить локальные перенапряжения до такого уровня, при котором разрыв структурных связей станет маловероятным. Деформации виброползучести носят затухающий характер, в дальнейшем стабилизируются, и циклическая долговечность, характеризуемая количеством циклов, стремится к бесконечности. В связи с этим деформации виброползучести служат индикатором повреждаемости материала и используются при оценке выносливости полимербетона при сжатии.
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® июль 2014 7б"
Таблица 1
Статическая нагрузка
№ пп ст0, МПа <*0 Кь Е0-10-4 е10-4 ел-10-4 2 • е„ (Е+С)2 (Е+С)2 2-е«
П-1 31,2 0,44 3,75 6 2,25 4,5 1,5 169 37,55
П-2 28,4 0,4 7,94 13 5,06 10,12 2,25 400 39,506
П-3 24,1 0,34 8,75 15 6,25 12,5 2,5 484 39,72
П-4 22,7 0,32 10,39 20 9,61 19,22 3,1 729 37,92
П-5 19,9 0,28 12,04 25 12,96 25,92 3,6 1024 39,506
Таблица 2
Циклическое загружение при р=0,1
№ пп ст0, МПа <*0 Кь Е0-10-4 е10-4 Е^'Ю-4 2 • Е (Е+С)2 (е+С)2 2-е«
П-1-7 19,88 0,28 2,94 8 5,06 10,12 2,25 225 22,22
П-1-12 21,3 0,3 3,24 10 6,66 13,32 2,58 289 21,71
П-1-10 22,72 0,32 3,61 11 7,39 14,79 2,72 324 21,91
П-1-15 24,14 0,34 3,93 12 8,07 16,14 2,84 361 22,38
С=7; ^Р=22,05; (^Г)тах=3,32
Таблица 3
Циклическое загружение при р=0,3
№ пп ст0, МПа Оо *ь Е0-10-4 е10-4 е„/10-4 2 • Е л/ё^Г (е+С)2 (е+С)2 2-е«
П-3-14 24,14 0,34 4,85 10 5,15 10,3 2,27 256 24,84
П-3-11 25,56 0,36 5,34 12 6,66 13,32 2,58 324 24,34
П-3-12 22,72 0,32 4 8 4 8 2 196 24
П-3-9 28,4 0,4 5,88 14 8,12 16,24 2,85 400 24,62
С=6; 'ср=24,45; (л^чГ)тах=3,49
Таблица 4
Циклическое загружение при р=0,6
№ пп ст0, МПа ъ Е0-10-4 е10-4 е„/10-4 2 • Е (е+С)2 (е+С)2 2-е«
П-6-16 26,98 0,38 5 9 4 8 2,07 272,3 34,03
П-6-11 28,4 0,4 5,94 11 5,06 10,12 2,25 342,3 33,9
П-6-10 29,82 0,42 7,44 15 7,56 15,12 2,75 506,3 33,47
П-6-15 31,95 0,45 8,29 17 8,71 17,42 2,95 600,3 34,49
С=7,5; ^Р=33,59; (^/Ё^)тах=4,12
На рис. 2, 3 приведены кривые виброползучести по-лимербетонных элементов при сжатии с характеристиками амплитуды напряжений 0,1; 0,35; 0,6 и при статической ползучести р=1.
Во всех случаях кривые виброползучести располагаются ниже кривых статической ползучести, т. е. наблюдается аналогия с пределом выносливости, величина которого не превышает длительного сопротивления материала, а коэффициент длительности полимерных композиционных материалов (ПКМ) (отношение длительной прочности ПКМ к пределу прочности
кьЛпТ=КТьГ) определяется на основе обмера структурной диаграммы материала, впервые предложенной А.М. Ивановым.
Структурная диаграмма отражает неоднородность строения материала в отношении механических свойств составляющих его элементарных частиц (Иванов А.М., Алгазинов К.Я., Мартинец Д.В. Строительные кон-
струкции из полимерных материалов. М.: Высшая школа, 1978. 239 с.). Она получается на основе длительных испытаний на ползучесть под действием постоянных нагрузок нескольких образцов. С помощью структурной диаграммы можно оценить конечные результаты ползучести полимерных материалов; получить аналитические выражения для кривой длительного сопротивления; определить закономерности предварительного напряжения в армированных пластиках; решить еще ряд задач, в том числе и сопротивляемости полимербетонов многократному воздействию нагрузок.
В связи с этим напрашивается решение о применении метода А.М. Иванова для построения структурных диаграмм, но уже по результатам циклических испытаний ПКМ по кривым виброползучести. В табл. 1—4 приведены исходные данные для построения таких структурных диаграмм, а на рис. 4 показаны структурные диаграммы при различных условиях загружения, из которых видно, что во всех случаях наблюдается то же
76
научно-технический и производственный журнал
июль 2014
явление, что и при построении кривых виброползучести, т. е. интегральные кривые распределения частиц по длительным прочностям располагаются строго друг под другом начиная с р=1; р=0,6; р=0,3; р=0,1.
На рис. 1—4 приведены графики кривых виброползучести и статической ползучести. Аналогия кривых ползучести при статическом и циклическом загружении дает возможность считать, что механизм разрушения в обоих случаях имеет общую физико-механическую природу (Иванов А.М., Левченко П.Г., Анализ циклического однозначного загружения с помощью структурной диаграммы материала. Сталеполимербетонные конструкции. Труды ВИСИ. Воронеж: ВГУ, 1970. Вып. 1. С. 45—47). Этот вывод может быть сделан на основе следующих положений:
— законы долговечности при многократной и длительной нагрузке подобны. Долговечность большинства
полимерных материалов при длительной нагрузке описывается экспоненциальной зависимостью. Этой же зависимостью описывается и долговечность полимербето-нов. Уравнения выносливости также могут быть представлены в экспоненциальном виде;
— выдержки материалов как при длительной, так и при циклической нагрузке сопровождаются развитием микротрещин.
Выводы
1. Структурные диаграммы материала возможны для использования и анализа сопротивляемости полимербе-тона длительным статическим нагрузкам.
2. Виброползучесть полимербетонных элементов при циклическом сжатии подчиняется общим законам теории ползучести вязкоупругих тел.
3. По результатам циклических испытаний возможно построение структурных диаграмм.
■
■
^ ЭКСПОЦЕНТР
* * ш им/напп.}!! I ну МАРКИ H ИОНГ|Ч<С1З >
МОСКВА
Ш
МИР СТЕКЛА
XVI Международная выставка
«Мир стекла-2014»
Крупным событием для стекольной промышленности стала XVI Международная выставка стеклопродукции, технологий и оборудования для изготовления и обработки стекла -«Мир стекла-2014», проходившая с 4 по 6 июня 2014 г. в ЦВК «Экспоцентр».
В этом году проект был реализован Экспоцентром совместно с новым партнером - Национальным объединенным советом предприятий стекольной промышленности «СтеклоСоюз». Экспоцентр и главный союз отрасли объединили усилия, цель которых выставочными способами помогать развитию стекольной отрасли России. Смотр проходил под патронатом Торгово-промышленной палаты РФ.
Экспозиция этого года охватила весь спектр производства стекла, продемонстрировав необыкновенные возможности этого материала. На выставочной площади более 5 тыс. м2 (нетто) 221 компания из 22 стран мира, в том числе 79 отечественных экспонентов, представила передовые идеи и технологии в стекольной промышленности.
В выставке приняли участие известные зарубежные и отечественные компании: Von Ardenne, Bottero, Sisecam, RHI Glas GmbH, Lahti Precision OY, GLASTON, BDF Industries SPA, Italcarrelli, Landglass Technology, Saint-Gobain Sefpro, Домановский производственно-торговый комбинат, Zippe, «Салаватстекло», «Саратовстройстекло», КАМИ, «Юта», «Меран», «Адэм», «Бринолли», «РуСайл» и многие другие.
Италия организовала национальную экспозицию с участием 30 фирм, в том числе, Alu Pro s.r.l., Antonini s.r.l., Bottero s.p.a., Gimav-Italian Association of Glass Processing Machinery and Accessory Suppliers, Ocmi-Otg s.p.a. и др.
Целый ряд ведущих игроков на рынке представили свои последние новинки и разработки впервые именно в рамках «Мир стекла».
Ассоциация КАМИ представила новейшие технологии от ведущего мирового производителя оборудования для сте-клообработки - итальянской компании ВоМего. Станки ВоНего предназначены для шлифовки фасок стекла после раскроя, улучшения качества при производстве стеклопаке-тов и дальнейшей термической обработки.
В рамках специальной экспозиции салона ArtGlass посетители смогли увидеть разнообразные и необычные возможности стекла, самые неожиданные творческие идеи в области декорирования интерьера. Известные художники по витражам, росписи стекла, фьюзингу, лемпворку представили свои работы и продемонстрировали разнообразные техники работы с художественным стек-лом. Мастера, использующие в работе также разные породы дерева, медь и бронзу, ArtStudio MalinoDesign представили авторские предметы интерьера и декора, оригинальные предметы мебели, нестандартные светильники для дома и сада и многое другое.
Насыщенная деловая программа выставки позволила участникам обсудить и принять решения о перспективных векторах развития отрасли.
Ключевым мероприятием деловой программы выставки «Мир стекла-2014» стал международный форум «Стекло и современные технологии-ХХ1».
В рамках форума также состоялся круглый стол «Основные тенденции в сфере производства и потребления контрафактной продукции в стекольной отрасли».
Выставку «Мир стекла-2014» посетили 6780 человек, 94% из которых отраслевые специалисты.
Следующая XVII Международная выставка «Мир стек-ла-2015» пройдет с 8 по 11 июня 2015 г. в ЦВК «Экспоцентр».
По материалам пресс-службы ЗАО «Экспоцентр»
fj научно-технический и производственный журнал
® июль 2014 77"
