книги / Напряженное состояние и прочность оболочек из хрупких неметаллических материалов

4.Напряженно-деформированное состояние

инесущ ая способность различных типов

разъемных соединений

Необходимость устранения прямого контакта стекла с металлом по поверхности разъема и дальнейшее развитие конструктивных ре­ шений, опробованных при проектировании составных стеклянных оболочек с неразъемными клеевыми соединениями, включающими ино­ родные вставки, привели к разработке новых типов узлов соедине­ ний, в которых предложены вклейка торцовых зон стеклоэлементов в металлические кольца-обрамления и создание разъема между метал­ лическими поверхностями. При таком способе соединения взаимные перемещения стекла по металлу исключены. Установочные модельные эксперименты по изучению предельной несущей способности составных оболочечных конструкций с новыми типами срединных и торцовых разъемов хрупких элементов сопоставимой и существенно различной жесткости показали, что их прочность определяется напряженным состоянием стеклоэлемента в окрестностях стыковой поверхности, которое, в свою очередь, зависит от соотношения конструктивных жесткостей края оболочечного элемента и металлического обрамле­ ния, конструкции кольца-обрамления, толщины клеевых омоноличивающих прослоек на торцовой и боковых поверхностях и их соотноше­

систематизированной информации о влиянии жесткости и конфигура­ ции кольца-обрамления, условий его взаимодействия с сопрягаемыми подвижными деталями соединения на распределение напряжений в стеклоэлементах и в целом на прочность составной оболочки не позво­ ляет применять последние. Научно обоснованный подбор выделенных конструктивных параметров и наложение ограничений на технологи­ ческие факторы сборки узла соединения позволяет надежно обеспе­ чить высокую предельную несущую способность составных оболочек из хрупких неметаллических материалов данного класса.

В связи о этим поставлены и требуют решения следующие конкрет­ ные задачи .

1. Исследование напряженно-деформированного состояния некото­ рых типов подвижных разъемных срединных соединений элементов в составных сферических и цилиндрических оболочках из стекла с целью снижения уровня напряженности в локальной зоне последних за счет реализации благоприятных граничных условий по поверхности разъе­ ма в условиях действия высокого внешнего давления.

2. Изучение влияния конструктивно-технологических параметров разъемных соединений на напряженно-деформированное состояние и несущую способность составных оболочек из стекла с целью рацио­ нального конструирования последних. Выявление специфики разруше­ ния составных стеклянных оболочек с новыми узлами срединных и торцовых соединений хрупких элементов одинаковой и существенно различной жесткости и установление возможности их использования.

При изучении различных типов разъемных механических соеди­ нений элементов использована разработанная авторами методика ра­ ционального конструирования работоспособных соединений в состав­ ных системах из хрупких материалов — стекол, ситаллов, керамики. Комплексное решение задачи предусматривает применение расчет­ ного и экспериментального методов исследования таких объектов.

Предмет апробирования возможных схем стыковки элементов — изучение напряженно-деформированного состояния локальны х обла­ стей и предельной несущей способности составных оболочечных систем в зависимости от конструктивно-технологических факторов соеди­ нений элементов, а также установление зон максимальной концентра­ ции напряжений в таких системах. Основой для реализации поставлен­ ной цели являлось применение численного метода решения смешанной задачи линейной теории упругости в новых конструкциях [109] в со­

и цилиндрических с монолитными полусферическими оконцовками оболочках с одним разъемным узлом соединения, в которых использо­ ваны стеклоэлементы, полученные из стеклоизделий-заготовок с наруж ­

ным диаметром порядка 200+l мм, длиной 250 мм, толщиной стенки

11+6 мм. Собираемые опытные конструкции имели типичные для стеклоизделий, выработанных методом прессования, несовершенства: при относительно правильной геометрической форме наруж ной поверх­ ности существенную разнотолщинность стенок (10,9— 16,6 мм). Д опол­ нительная механическая шлифовка алмазным инструментом торцовых зон стеклоэлементов для сведения до минимума их разнотолщ инности проведена по 3-му классу точности обработки. После этого толщ ина •стенок стеклоэлементов в зоне соединения изменялась от 10,90 до 11.05 мм; среднее арифметическое отклонение профиля торцовых по­

сти посадочных поверхностей составлял 8—9.

Склейку конструкций проводили по единой технологии с помощью клея-компаунда Д -9 холодного отвердения, приготовленного на осно­ ве эпоксидной смолы ЭД-16 и отвердителя — полиэтиленполиамина. Площадь опорной поверхности стеклоэлементов, омоноличиваемых с металлическими вставками, для сферических оболочек составляла 6.5 10~3 м2, для цилиндрических — 6,9 10” 3 м2. Поверхности для склейки предварительно обезжиривали ацетоном и обезвоживали спир­ том. Этой операции предшествовала тщ ательная промывка стеклоэле­ ментов в воде с применением кальцинированной соды. П олучение ка­ чественного соединения достигалось нанесением тонкого слоя клея на все омоноличиваемые поверхности. Отверждение клея происходило в течение 20—24 ч при температуре 291—298 К. Д л я получения не-