CC BY
14Лесопромышленный комплекс
покрытия паркета нужно использовать полимер с возможно меньшей вязкостью.
При методе пропитки «разница температур» наивысшие результаты по массовому привесу показали образцы, которые прогревались
в горячей ванне 45 мин в смоле вязкостью 15 с.
Для метода пропитки вакууми-рованием наилучшие результаты оказались у образцов, которые выдерживались под вакуумом 20 мин в смоле вязкостью 15 с.
Из приведённых выше результатов можно установить, что использование метода пропитки «разница температур» наиболее рационально. Причём вязкость пропитывающего материала должна быть не выше 20 с.
УДК 539.3:674.07
М.В. Газеев, С.Н. Исаков (M.V. Gazeev, S.N. Isakov) Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ ВЫСЫХАНИИ ЛАКОКРАСОЧНОГО МАТЕРИАЛА
НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛАСТИНЕ (MODELLING OF DEFORMATIONS WHEN DRYING PAINTWORK MATERIAL
ON THE METAL SHEET)
Сушка лакокрасочных покрытий на древесине сопровождается нарастанием в них усадочных напряжений, которые могут вызывать деформацию и поднятие ворса древесины. Рассматривается создание компьютерной модели при оценке деформаций на металлической пластине.
Drying of lacquer coating on wood is followed by increase in them the shrinkable tension which can cause deformation and a raising ofpile of wood. In article creation of computer model at an assessment of deformations on a metal plate is considered.
На кафедре механической обработки древесины УГЛТУ проводятся исследования в области отделки древесины, направленные на изучение подъема ворса (волокон) древесины при формировании лакокрасочных покрытий (ЛКП). Формирование ЛКП на древесине происходит обычно за счет испарения растворителя и химических превращений. Процесс высыхания ЛКП сопровождается испарением растворителя и химическими превращениями. В сохнущем покрытии образуются усадочные тангенциальные напряжения, вызывающие усадку пленки, которая, уменьшаясь в объеме, проседает в углубления древесины и тянет за собой ворсинки древесины, вздыбливая их. Как следствие, повышается шеро-
ховатость окрашенной поверхности древесины.
Эксперименты, моделирующие этот эффект и позволяющие оценить усадочные напряжения в ЛКП, состоят в том, что на металлическую пластину наносили слой лакокрасочного материала (ЛКМ) (рис. 1). Величину усадочных напряжений находили методом, основанным на измерении отклонения от первоначального положе-
0,03 мм 0,07 мм ^^^
ния свободного конца консольно закрепленной упругой металлической пластины с ЛКП, базируясь на теории деформации и перемещений при изгибе (Газеев, 2004).
ЛКП на металлической пластине формировалось красящим составом на основе алкидных смол. В процессе высыхания покрытия пластина деформировалась, характер и форма деформации представлены на рис. 2. Подготовка поверх-
Рис. 1. Модель металлической пластины толщиной 0,07 мм и ЛКП толщиной 0,03 мм
№ 2 (49), 2014 г. Леса России и хозяйство в них 39
Рис. 2. Деформации пластины с ЛКП Д = 0,000625 мм
Лесопромышленный комплекс
ности заключалась в обезжиривании и сушке пластины.
Физические свойства материалов указаны ниже.
ЛПК Металл
Плотность, кг/м3 ........ 1340 7650
Коэффициент Пуассона . . . 0,1 0,3 Модуль упругости, ГПа . . . 2 2140
Прогиб пластинки фиксировали при помощи микроскопа МИР-2. Деформация Д (прогиб) пластинки определялась с помощью микроскопа «МИР-2» и составила 0,000625 мм.
Для дальнейших исследований была поставлена цель смоделировать процессы усадки в ЛКП и деформации пластины на компьютере с применением специализированных прикладных программ.
В программе трехмерного моделирования «КОМПАС» построена твердотельная модель, которая импортируется в программу инженерных расчетов ANSYS. На модель наносится конечно-элементная сетка, представленная на рис. 3. При нанесении использовался конечный элемент типа solid 185 - восьмиузловой элемент с тремя поступательными степенями свободы в каждом узле (рис. 4).
Моделирование условно можем разделить на два этапа с использованием двух моделей.
Первый этап. Чтобы создать напряжения в слое ЛКП, закрепляем модель, удаляем нижний слой и создаем растягивающие напряжения в верхнем слое. Нагрузку прикладываем в виде «отрицательного» давления на свободной торцевой плоскости (рис. 5). Давление определялось методом подбора для деформации пластины до величины А = 0,000625 мм и составило p = 1,47 МПа. Напряжения в узлах верхнего слоя ЛКП записываем в файл х^ (Басов, 2002; Смирнов и др., 2006).
Второй этап. Модель закрепляется согласно рис. 6 и из файла х^ импортируются значения напряжений в узлах сетки модели слоя ЛКП с учетом гравитации.
Масса модели составила 0,139 г, что соотносится с массой пластинки с ЛКП 0,14 г.
Результаты расчета представлены на рис. 7 и 8 в виде полей деформаций.
На рис. 9 и 10 представлены поля напряжений на втором расчетном этапе.
Хотелось бы обратить внимание на форму изгиба пластины,
Рис. 2. Деформации пластины с ЛКП А = 0,000625 мм
Рис. 3. Конечно-элементная модель
Рис. 4. Конечный элемент solid 185
Рис. 5. Граничные условия для первого этапа расчета
Рис. 6. Закрепления и импортирование напряжений в слой ЛКП на втором этапе
ANSiS,
sr
Pile:: D::\MSI.SWks\№*)..*_*
Рис. 7. Деформация пластины 3D А = 0,625 10-6 м
Рис. 8. Деформация верхнего слоя (вид 2D)
Рис. 9. Поля напряжений 3D
Рис. 10. Фрагмент поля напряжений (вид 2D)
Лесопромышленный комплекс
которая представлена на рис. 11. Зона I - зона прогиба ниже горизонтальной линии, а зона II -выше горизонтальной линии.
Это можно объяснить тем, что момент от собственного веса ли-
нейно увеличивается к месту закрепления, а момент от сжатия верхнего слоя постоянный. И в точке А эти моменты равны, так как участок пластины располагается горизонтально.
Построенная 3D модель позволит выполнить дальнейшее изучение деформаций, возникающих в материале основы и ЛКП, с учетом множества факторов, например таких, как воздействие условий интенсификации сушки (отвердж-дения) ЛКП на подложке, возможная неравномерность напряжений в ЛКП, отклонения от формы металлической пластины и неравномерности нанесения ЛКП и др. Самое главное - это рассмотреть возможность переноса 3D модели с металла на древесину с учетом ее строения на микроуровне.
А
N U г \ __________
1 II
ч к \
Рис. 11. Форма деформации пластины при гравитации в преднапряженном расчете
Библиографический список
1. Газеев М.В. Формирование лакокрасочных покрытий на древесине с применением красящего состава на основе алкидных смол: дис. ... канд. техн. наук.: 05.21.05: защищ. 28.12.2004: утв. 06.05.2005 / Газеев Максим Владимирович. Екатеринбург, 2004. 168 с. Библиогр.: С. 163-168.
2. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах. М: Компьютер-пресс, 2002. 224 с.
3. Смирнов Г.В. и др. Создание методики моделирования остаточных напряжений в поверхностном слое пера лопатки и расчет деформации пера лопатки после снятия слоя с остаточными напряжениями // Вестник Самар. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. С.П. Королёва. 2006. № 2-1. С. 94-99.
УДК 630.323
Э.Ф. Герц, Ю.Н. Безгина, В.В. Иванов, В.И. Крюк (E.F. Gerz, J.N. Bezgina, V.V. Ivanov, V.I. Kruck) Уральский государственный лесотехнический университет,
Екатеринбург
ВЕРОЯТНОСТЬ ЗАГОТОВКИ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ ВЫБОРОЧНЫХ РУБКАХ МАНИПУЛЯТОРНОЙ МАШИНОЙ (PROBABILITY OF LOGGING IN TREES SELECTIVE LOGGING MANIPULATIVE MACHINE)
Выполнен анализ рисков повреждения деревьев, оставляемых на доращивание, валочно-сучкорезно-рас-кряжевочной машиной. Предложено структурирование рабочей зоны машины, обеспечивающее повышение беспрепятственной заготовки деревьев, отведенных в рубку.
The analysis risk of damage left by trees rearing harvester. Proposed by structuring the working area of the machine, ensuring unimpeded rise harvesting of trees designated for felling.
При реализации всех видов выборочных рубок с равномерным изреживанием древостоя манипу-ляторными лесозаготовительными машинами (ЛЗМ) при расчете ширины пасеки необходимо учиты-
вать возможность заготовки дерева на всей площади пасеки. Возможность заготовки дерева определяется досягаемостью отведенного в рубку дерева, его доступностью, а также вероятностью его беспре-
пятственного выноса или повала в заданном направлении. Досягаемость и доступность дерева при этом характеризуют возможность заготовки дерева, а вероятность выноса или валки определяет сте-
