CC BY
13
Корозшна стiйкiсть покриттiв iстотно зростае iз збiльшенням 1х тов-щини за рахунок зменшення кiлькостi наскрiзних пор. Одначе таке збшьшен-ня для деяких композицш (типу ТiС i ТiN) обмежують великi залишковi нап-руження, що викликають iнтенсивне розширення осередкiв корози або вщша-рування дшянок покриттiв пiд дieю активного середовища.
Добрими захисними властивостями володдать двошаровi покриття Ть TiN i Ti-N-Ni-TiN, що забезпечують високий захисний ефект практично у всiх дослщжених середовищах. Цi покриття мають широку область пасивнос-тi, високу мехашчну мiцнiсть i поряд з цим не обмежуються товщиною, ос-кшьки мають значно меншi залишковi напруження на границ роздiлу покриття - основа.
Лггература
1. Гасш О.Б., Голубець В.М. Корозшна стшюсть йонно-плазмових вакуумних пок-ритпв в середовищ1 5 %-го розчину арчано! кислоти// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2005, вип. 15.1. - С. 292-298.
2. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. - М.: Металлургия, 1976. - 452 с.
3. Гасш О.Б., Голубець В.М. Стшюсть до корозп йонно-плазмових вакуумних пок-ритпв в умовах дл кислих 1 нейтрального середовищ// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: НЛТУ Украши. - 2005, вип. 15.3. - С. 85-92.
УДК 674.047 Проф. Я.1. Соколовський, д-р техн. наук;
acnip. 1.Я. Сало - НЛТУ Украти
ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМ1ВНОГО СТАНУ ВИСУШУВАНО1 ДЕРЕВИНИ З ВРАХУВАННЯМ МЕХАН1КО-
СОРБЦШНО1 ПОВЗУЧОСТ1
Розглянуто фiзико-математичну модель визначення напружено-деформiвного стану деревини у процес сушiння з врахуванням реолопчно'1' поведiнки матерiалу. Деформацiйнi процеси зумовлюються наявнiстю вологiсного поля у деревиш, а та-кож швидюстю змiни вологостi. Проведено чисельний експеримент розрахунку в'яз-копружних напружень iз врахуванням мехашко-сорбцшно'1' повзучостi, пов'язано! зi швидкiстю змiни вологiсного поля.
Prof. Ya.I. Sokolowskyy; doctorate I. Ya. Salo - NUFWT of Ukraine
Determining of stressed-strained state in during wood has been derived
in view mechano-sovptve creeping
We have considered physical-mathematical model of determining of stressed-stra-ined state in drying wood process has been derived reological properties of material.
Актуальшсть дослщжень. Процес сушшня деревини супроводжуеть-ся наявшстю залишкового напружено-деформ1вного стану матер1алу, змшою бшьшост ф1зико-мехашчних властивостей, як визначають яюсть готовоi продукцii. Виникаюч1 напруження е основним стримуючим фактором для гтенсифжаци процесу сушшня. Тому дослщження напружено-деформiвного стану деревини у процес сушiння з врахуванням особливостей реологiчноi поведiнки матерiалу мае важливе значення для рацюнального ведення техно-логiчного процесу.
Аналiз ввдомих результатiв. Аналiз дослiджень напружено-дефор-мiвного стану деревини у процесi сушшня вказуе на наявнiсть рiзних шдхо-дiв щодо вирiшення дано! проблеми [1-5]. Зазначимо, що в [6, 7] на основi використання методу скшчених елементiв встановлено закономiрностi роз-витку двомiрного напружено-деформiвного стану деревини в умовах неiзо-термiчного тепломасоперенесення з врахуванням реолопчно! поведiнки ма-терiалу, ашзотропп фiзико-механiчних властивостей. Встановлено та кшьюс-но описанi закономiрностi впливу пгроскошчно! вологи, И градiента, форм зв'язку вологи з матерiалом, структурно! ашзотропп, геометричних розмiрiв та густини на розвиток в'язкопружних i залишкових напружень для перiодiв падаючо! i стало! швидкостей сушiння деревини. У цш роботi вивчаеться вплив мехашко-сорбцшно! повзучостi на напружено-деформiвний стан деревини у процес сушшня.
Постановка задачi та фiзико-математична модель. Закономiрностi механiко-сорбцiйно! повзучостi експериментальним шляхом вивчали рiзнi автор [4, 5, 8]. Для анал^ичного опису запропоновано залежшсть
дБ ^ да / хдЖ
— = Е 1-+ (а + та)-, (1)
дт дт }дт
де: £, о - вiдповiдно деформацi! та напруження; Е - модуль пружностц Ж -вологiсть деревини; а \ т - мехашчш властивостi деревини, остання з яких характеризуе мехашко-сорбцшну повзучiсть.
Врахування тако! складово! у механiзмi деформування деревини пов'я-зано з циклiчною змшою вологостi навантажено! деревини. Вiн вщображае процес деформування деревини не лише вщ змiни (градiенту) вологостi, але i вiд швидкостi змiни вологость Необхiдно зазначити, що у дослщженнях [9,10] зроблена спроба обгрунтувати мехашко-сорбцшну повзучють деревини гiгровтомю матерiалу. Аналiз наведених вище експериментальних дослщ-жень показуе, що у достатньому наближенш вщношення мехашко-сорбцшно! деформацi! емс до пружно! еп е пропорцiйним величиш Еи(т)Б, де б визна-чаеться сшввщношенням
Т дЖ
5 =[ т(Ж т. (1)
0 дт
Окрiм цього, величина емс е найбiльшою у деревинi на початку змен-шення гiгроскопiчно! вологост i поступово зменшуеться протягом процесу сушшня. З шшого боку, всихання приповерхневих зон висушувано! деревини обумовле збшьшення механiко-сорбцiйних деформацiй всерединi матерiалу. Тобто, емс визначаються одночасно взаемодш механiчного навантаження i швидкостi змши вологостi. А також, емс> на вщмшу вiд iнших складових де-формацiй, не е iнварiантним для мехашчного навантаження деревини, зокре-ма для стискання i розтягу у тангентальному та радiальному напрямах деформування. Таю вислщи вказують на складшсть механiко-сорбцiйно! деформа-цi! висушувано! деревини та !! впливу на загальний напружено-деформiвний стан матерiалу.
Для визначення напружено-деформiвного стану деревини у процес сушiння приймемо, що загальна деформацiя е(х, т) складаеться з деформацш пружних еп(х, г) i в'язкопружних евп(х, г), деформацiй, зумовлених всиханням £вп(х, т), а також еА1с(х, т).
Враховуючи [5, 8], а також складову механiко-сорбцiйно! повзучост вмс(х, т), фiзико-математичну модель для визначення напружено-деформiвно-го стану деревно! пластини лiнiйного розмiру к в умовах неiзотермiчного тепломасоперенесення можна подати у такому виглядг
тТа(X, г)йт-втЕ\а(х, г)иТ^ К(г-т)йт, (2)
а(х, г) = Ее(х, г) + Ери(х,г)+Е\
йЯ (г-
йт
дт
де: Е - модуль Юнга; Д - коефщент всихання; Дт, К(г-т) - характеризують ме-ханiко-сорбцiйну повзучiсть деревини; Я(г-т) - описуе реолопчш властивостi матерiалу.
Розглянемо процес сушшня пластини товщиною к, яка е вшьною вiд зовнiшнiх навантажень. Площину yz декартово! системи координат сумюти-мо iз серединою поверхнi деревини. Граничш умови масоперенесення вважа-тимемо незалежними вiд осей х, у. Тобто розподш вологостi буде залежати лише вiд поперечно! координати. Тод^ з умови сумiсностi деформацiй [11] залишаеться лише умова д 2б/ д х2 = 0. Враховуючи симетричшсть граничних умов, отримаемо, що б( х,г) = б0 (г). Цю величину визначаемо з умови
/ 2
| а(х,г)х = 0 .
(3)
Через ¥(х, г) позначено функцш змши гiгроскопiчного вологовмiсту и(х,г) = X(и* - Ж(х,г))(и* - Ж(х,г)) . Оскльки, змша жорсткостi деревини по-
чинаеться з 25...30 %, то и* = 0,25. Функщя Хевюайда X(х) = {1,х > 0 I 0,х < 0
Враховуючи результати експериментальних дослiджень [3,12], а також (1), функщю мехашко-сорбцшно! повзучостi запишемо у виглядi К (г-т) = 6Хр Ет$ (и (х, г)- и ( х,т)). Результат дослщжень деформацш повзу-
чост та обернено! повзучостi [3, 12] деревини поперек волокон дала змогу побудувати необхщну для розрахунку напружено-деформiвного стану фун-
N
кцiю Я (г - т) = ц/0 + ^ ак ехр (-ак • (т - т')). Алгоритми для визначення пара-
К =1
метрiв щ0, ак, Ет8 розроблено в [3] та обгрунтовано вибiр !х кшькост з умови мiнiмуму квадратичного вщхилення експериментальних кривих Б(х,и,т).
Для знаходження локального и(х, г) i середнього и(г) вологовмiстiв для перiодiв стало! i падаючо! швидкостi сушiння скористаемось результатами робгг [3, 12]. Зпдно з ними, перiод стало! швидкост сушiння описуеться спiввiдношенням
и (х, г) - У{г) = N4
Ррк
2ат50Е
х к
> X <
ехр
-1785Аг (г) (238 + гс (г ))2
-?(г)
(4)
0
Для нерегулярного i регулярного режимiв перiоду падаючо! швидкос-tí сушiння отримаемо:
(ипс ир) (ицс ипс)
Bi
V(x, t) - U(t) =
exp(-*Fo)}+(2% - w«c)cos
([x(Fo) - x(Fo - 0,1)] S(t, x, Bi) + Ax(Fo - 0,1):
xcos
x * h
x * h
Bi [(мис - Up) - Bi
(une Up) 2
'1
—+—2
Bi *
V
x
У
XI
(ицс - Une)}'cos*}exp(-*12Fo),
(5)
де
2Л
1
1
s(t,x,Bi) = 1- 1,3/Foexp - -—x ' ~ -t—- -t—-
^ 4Fo ) [X^Fo +1 -x/h 1,^/FO +1 -x/h + 2BiFo
де: p0 - умовна густина деревини; am - коефщент вологопровiдностi дереви-ни; Dp- коефщент вологопровiдностi деревини, вiднесений до рiзницi тискiв; ипс, иц с- вологовмюти на початку перiоду нерегулярного режиму змiни воло-ги (на поверхш та у центральнiй площинi дошки); ир - рiвноважний вологов-мют; Рнс - тиск насичено! пари; ф-t), tc(t), At(t) - параметри агента сушшня (вiдносна вологiсть, температура, психрометрична рiзниця температур); Fo-amt/h2, Bi = ah/am; Nu = 0,6[vL/v]0'653 - критери Фур'е, Бю i Нусельта вщповщ-но; и - швидюсть руху агента сушшня; v - коефiцiент в,язкостi агента сушш-ня; L - характерний лшшний розмiр матерiалу; x(Fo) - функщя Хевiсайда. Коефiцiенти |, А1 визначаються наведеними в робот [13] рiвняннями
ctg* = *; A1 = 2 sin ii1l^1 (+2 sin i cos i1); 0 < i < n/2.
Формула (5) виконуеться для випадку, коли Bi > 10.
Рис. 1. Розподт напружень у деревнш пластин для рьзних значень параметра Em
Чисельна реалiзацiя моделi та результати дослвджень. На основi викладено! вище методики розрахунку напружено-деформiвного стану деревини з урахуванням мехашко-сорбцшно! повзучостi в умовах тепломасообмь ну позначено a(x, t) у пиломатерiалах Í3 сосни (Е = 280 МПа; Ет = 167 МПа;
3
ß = 0,0023; р0 = 480 кг/м ; t0 = 20°C; W = 25 %) р1зно! товщини, в умовах ста-лого технологiчного режиму (tc = 88°C; At = 14 oC; ф = 55 %; швидюсть руху агента сушiння V = 2 м/с). Величина ßm приймалася рiвною 0,20 МПа-1[4].
На рис. 1 зображено розподш нормальних напружень у серединi та на поверхш деревно! пластини товщиною h залежно вiд рiзних значень параметра Ет. Кривi 1-4 на графiчних залежностях вiдповiдають вiдповiдно значен-ням Ет = 0; 20; 40; 60. На рисунку компоненти напружень вщповщають р1з-ним розподшам вологовмiсту у деревинi, а саме крив1 1-4 - пластини для во-логiсного поля (5) на поверхш. Нижш графiчнi залежностi характеризують розподiл нормальних напружень для аналопчних значень Em у випадку роз-подiлу вологостi (5') у середнш пластинi.
Л1тература
1. Уголев Б.И., Лапшин Ю.Г., Крошнов Е.В. Контроль напряжений при сушке древесины. - М: Лесн. пром-сть, 1980. - 208 с.
2. Соколовський Я.1. Взаемозв'язок деформацшно-релаксацшних i тепломасообмш-них процесiв у капiлярно-пористих тшах// Доповiдi НАН Укра1ни. - 1989, № 9. - С. 35-40.
3. Соколовський Я.1. Деформативнють деревини й деревинностружкових плит зi змш-ними потенцiалами тепломасоперенесення: Автореф. дис. д-р техн. наук. - Львiв. - 2001, 34 с.
4. Ranta-Maunus A., Kortesmaa M. An analysis of the state of stress of timber caused by moisture gradient// JUFRO Timber Engineering Meeting, 1988, P. 113-116.
5. Salon J.-G. Numerical prediction of checking during timber drying and a new mechano-sorptive creep model// Holz als Roh-und-Werkstoff, 1992, vol. 50, P. 195-200.
6. Соколовський Я.1., Дендюк М.В., Поберейко Б.П. Моделювання деформацшно-релаксацшних процеав у деревиш тд час сушшня// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 14.1. - С. 134-140.
7. Соколовський Я.1., Бакалець А.В. Розрахунок ашзотропних нестащонарних тем-пературно-волопсних полiв у висушуванш деревинi методом скiнченого елемента// Лiсове госп-во, лiсова, паперова i д/о пром-сть. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 29. - С. 230-235.
8. Rauta-Maunus A. Impact of mechano-sorptive creep to the long-term strength of timber// Holz als Roh-und-Werkstoff, vol. 48, P. 67-71.
9. Общие закономерности режима развития напряжений в древесине в процессах тепломасопереноса// Актуальные направления развития сушки древесины. - Архангельск, 1980. - С. 63-72.
10. Ugolev B.N. Wood deformability and drying stresses in Understanding the Wood Drying process: A Syntehesis of Theory and practice// Proc. 3rd Int. Wood Drying Conferince, Vienna, Austria, P. 11-17.
11. Ашкенази Е.К. Анизотропия древесины и древесных материалов. - М: Лесн. пром-сть, 1978. - 224 с.
12. Поберейко Б.П. 1дентифшащя напружено-деформiвного стану деревини iз змш-ним вологовмютом: Автореф. дис. канд. техн. наук, Львiв, 2000, 18 с.
13. Лыков А.В. Теория сушки. - М: Энергия, 1968. - С. 471.
УДК 674.02:621.923 Доц. О.А. Кйко, канд. техн. наук -НЛТУ Украти
ПЕРЕМ1ЩЕННЯ ЖОРСТКОГО АБРАЗИВНОГО ЦИЛ1НДРА У ПРОЦЕС1 ОДНОБ1ЧНОГО КАЛ1БРУВАННЯ-ШЛ1ФУВАННЯ ПЛИТНИХ ДЕРЕВНИХ МАТЕР1АЛ1В
Визначено перемщення шструмента та заготовки у процес однобiчного калiб-рування-шлiфування плитних деревних матерiалiв жорсткими абразивним цилш-дром. Окреслеш шляхи зменшення хвилястосп оброблювано! поверхш.
