книги из ГПНТБ / Детали из стеклопластика в судовом машиностроении

Ни в одной из лопастей величина напряжения а 2 в опасных точках (Л, А') не оказалась близкой к нулю, что несомненно свиде­ тельствует о наличии плоского напряженного состояния. Во всех случаях направления действия главных напряжений отклоняются от осей симметрии материала на некоторый угол ср. Только в одной точке для лопасти винта диаметром 3 м ф = 0.

Рис. 89. Эпюра распределения главных напряжений в лопасти гребного винта диаметром 3 м.

В качестве примера подсчитаем напряжения ах, ау, хху, и а 2 и угол ср для точки А' винта диаметром 3 м. По схеме наклейки тензометров, изображенной на рис. 81, в точке наклеены три дат­ чика: датчик № 30 — вдоль основы, № 28 — вдоль утка, № 29 — под углом 45° к первым двум.

В табл. 26 приведены значения соответствующих измеренных деформаций при втором нагружении при нагрузке Р = 30 тс: ех = = 3,40 • 10~3, “ 0,30 • ІО- **, е45 = 1,60-10- 3.

Таким образом, контроль качества готовых изделий разрушаю­ щими методами производится путем испытаний одного изделия от партии. Несущая способность изделия определяется при стен­ довых испытаниях. Распределение напряжений в стеклопластико­ вой детали находится по результатам тензометрии. Для оценки опас­ ности напряженного состояния стеклопластиковой детали действу-

160

ющиб на ѳб поверхности напряжения наносятся на поверхность ани­ зотропии прочности, которая построена в четырех октантах про­ странства напряжений (см. рис. 46).

§ 16

Контроль качества готовых изделий неразрушающими методами

Проблема неразрушающих методов испытаний материалов пред­ ставляет в настоящее время одну из актуальных задач инженерной практики. В настоящее время в СССР и за рубежом проводятся исследования по использованию неразрушающих методов оценки прочности и жесткости готовых конструкций.

Х а р а к т е р и с т и к а у п р у г и х с в о й с т в . Знание упругих характеристик стеклопластика необходимо для определения напряжений и проверки прочности изделий (см. гл. II). При расчете конструкций из стеклопластика необходимо располагать значениями девяти независимых величин.

В последние годы широкое распространение для нахождения характеристик упругих свойств стеклопластиков получили нераз­ рушающие методы—-вибрационный и импульсный [18, 47]. Эти методы контроля предполагают рассмотрение стеклопластика как непрерывной, сплошной, однородной среды. Вибрационный метод основан на использовании зависимостей, связывающих упругие характеристики с частотами собственных изгибных продольных и

использовалась вибрационная установка, блок-схема которой при­ ведена в работе [47].

Для определения упругих характеристик стеклопластиков СТЭР и СТЭТ было отпрессовано из одной партии материала 1 2 пластин

образцов 200 мм; всего 47 образцов по основе и 47 по утку. По ме­ тодике [47 ] были определены частоты собственных изгибных и крутильных колебаний. Их значения подставлялись в формулы для нахождения Ех, Еу и Gxy [16]. Определялись средние значения по

каждой пластине X и среднеквадратические отклонения S по об­ разцам, вырезанным из всех пластин.

Определение модуля Ег и коэффициентов поперечной деформа­ ции цхг, [ігх, \іу2 и \кгу производилось при статическом сжатии об­

ние всех определенных упругих характеристик для стеклопластика СТЭР-1 приведены в табл. 12 гл. III.

Все характеристики упругих свойств стеклопластика могут быть определены также импульсным методом в конструкциях без нарушения их целостности [16]. Метод основан на измерении вре­ мени распространения продольных и сдвиговых ультразвуковых колебаний в произвольном направлении в плоскости листа стекло­ пластика. По измеренной базе и времени прохождения колебаний

головки с частотой 80 кГц. Схема установки акустических головок

600 мм, соответствующим базе измерения, центр круга находят на геометрической оси лопасти, после чего находят направления основы,

гости в произвольном направлении, лежащем в плоскости беско­ нечной пластины, полученная совместным решением дифференциаль­

1 6 2

Тогда, используя зависимости, приведенные в работах [16, 18],

можно вычислять упругие характеристики непосредственно в ма­ териале лопастей гребного винта:

,Г2

УУ

звуковых колебаний в лопасти гребного винта в направлении основы, утка и диагональном, м/с; g — ускорение силы тяжести 9,81 м/с; р — плотность материала 1,998 г/см3. Формулы (138)—(140) исполь­ зуются при вычислении р45, Gxy и коэффициента А в стеклопласти­ ковых лопастях.

Для вычисления упругих характеристик непосредственно в стек­ лопластиковых лопастях в формулы (133)—(136) вводятся коэф­ фициенты kx, ky и ki&.

Для определения скоростей сх, су и с45 распространения продоль­ ных волн было взято пять одинаковых лопастей винта диаметром 0,7 м, отпрессованных из той же партии материалов, что и пластины. На нагнетающую сторону лопастей наносили окружность диаметром 100 мм. Ультразвуковые головки устанавливали в точках пересече­ ния окружности с геометрической осью лопасти и определяли время прохождения ультразвуковых колебаний волны. Затем головки смещались на ±5° от геометрической оси лопасти. Ось наибольшей жесткости изделия определилась по максимальному значению ско­ рости.

На всех пяти лопастях оси упругой симметрии совпали с геоме­ трическими осями, что свидетельствует о качественной укладке материала в пресс-форму. Средние значения скоростей распро­ странения импульса ультразвуковых колебаний составляли: вдоль основы 4350 м/с, вдоль утка 3900 м/с, под углом 45° к плоскости листа 3800 м/с.

С целью определения упругих характеристик было отпрессовано из одной партии материала СТЭР-1 12 пластин размером 10x200 X

X 250 мм. В этой партии содержалось от 20 до 30% смолы ЭД-13, 70—80% стекла. При этом был выдержан следующий режим прес­

взвешены, вибрационным методом определены частоты собственных

ционные» модули нормальной упругости EXt Еѣу и Е 35, Вычисление модулей сдвига производилось по методике, изложенной в работе [47].

На этих же образцах ультразвуковым импульсным методом опре­ делялись модули нормальной упругости в направлениях основы,

утка и диагональном: El3, Еу3 ЕЦ. Коэффициенты kx, ky и ^ о п р е ­ деляют переход от бесконечной пластины к изделию конечных размеров— лопасти гребного винта [18]. Коэффициенты kx, ky и kib были найдены по формулам

и оказались равными kx ~ 0,885, ky = 0,840, kib — 0,80. Воспользуемся приведенными формулами (134)—(143) для опре­

деления упругих характеристик материала лопастей винта диа­ метром 0,7 м и сопоставим результаты с результатами, получен­ ными на образцах.

Для определения сходимости результатов необходимо найти

средние значения X и среднеквадратические отклонения S сравни­ ваемых характеристик в образцах.

При определении параметров X и S пять значений Ех были отброшены, согласно критерию для непринятия резко выделяющихся наблюдений. Выборка из 42 образцов имеет следующие характе­

ристики: X = 3,56-ІО5, 5 = ±0,25-ІО5.

На рис. 91 по оси абсцисс откладываются текущие значения Ех, а по оси ординат—-эмпирические частоты mt-. Предполагаем, что эмпирическая кривая подчиняется закону нормального распределе­

164

По выравненной эмпирической кривой (рис. 91) необходимо найти вероятность того, что исследуемая эмпирическая кривая соответствует выбранному теоретическому закону. Обычно считают,

где п х— число сравниваемых частот, гх— число параметров теорети­

165

При соблюдении технологии изготовления стеклопластиковых лопастей их упругие характеристики будут находиться в пределах ±35, где 5 — среднеквадратическое отклонение образцов.

Таким образом, импульсный метод позволяет контролировать упругие характеристики отпрессованных стеклопластиковых лопа­ стей, которые могут быть критерием их качества. Такому контролю также подверглась лопасть винта диаметром 3 м. На лопасти с на­ гнетающей стороны была нанесена окружность диаметром 600 мм,

Для определения значений модуля нормальной упругости в про­ извольных направлениях (£а) по экспериментальным данным была использована формула

Экспериментальным путем были определены коэффициенты Пуас­ сона при статическом нагружении. С этой целью под соответству­ ющими углами вырезали по пять образцов для каждого направления. Продольная и поперечная деформации измерялись тензодатчиками, наклеенными вдоль и поперек образцов, по два датчика в каждом

166

направлениях по формуле (146) составляет не более 5%. Следова­ тельно, эта зависимость позволяет определять модуль нормальной упругости в стеклопластиковых лопастях в любом направлении

В первом приближении прочность материала в готовых изделиях можно оценить по значениям упругих постоянных, если распола­ гать корреляционной связью этих постоянных с характеристиками

постоянная для каждого вида деформации (растяжение, сжатие, сдвиг и т. д.) и для различных структурных направлений. О наличии достоверной корреляционной связи между прочностью и модулем упругости стеклопластика типа АГ-4С свидетельствуют данные работы [17]. Из анализа этих данных, полученных при исследова­ нии влияния технологических факторов на физико-механические свойства стеклопластика СТЭР-1, было установлено, что с измене­ нием в широких пределах процентного содержания смолы, удель­ ного давления и температуры прессования изменяются значения прочности и модули упругости, но их отношение остается величиной постоянной.

В табл. 28—30 приведены экспериментальные значения пределов прочности, модулей нормальной упругости и их отношения В г =- = 1 /В в зависимости: а) от изменения процентного содержания смолы и удельного давления при постоянных скорости нагрева и температуре прессования (табл. 28, рис. 94); б) от изменения ско­ рости нагрева при постоянном удельном давлении, температуре прессования и процентном содержании смолы (табл. 29); в) от изме­ нения температуры прессования при постоянных удельном давле­ нии, процентном содержании смолы и скорости нагрева

(табл. 30).

167

Таблица 28

Экспериментальные значения пределов прочности, модулей нормальной упругости и их соотношения

к

Оценим разброс величины В г = МВ и подсчитаем Дисперсию суммы случайных величин \k\

Пі *=і

где nx — число измерений*

Рис. 94. Изменение прочности модуля упругости и коэффициента связи В 1 с изме­ нением содержания смолы в стеклопластике СТЭР-1 при постоянных скорости на­ грева (1 град/мин), удельном давлении (10 кгс/см2) и температуре прессования

(—160° С).

1 — изменение прочности при растяжении материала вдоль основы; 2 — изменение прочности при сжатии материала вдоль основы; 3 — изменение модуля нормальной упругости; 4 — постоянная B t материала при растяжении вдоль основы; 5 — постоянная В t материала при сжатии вдоль основы.