Вы здесь

Прогнозування міцності та ресурсу роботи конструкцій плавучості підводних апаратів

Автор: 
Копійка Сергій Васильович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2008
Артикул:
3408U004285
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ФАКТОРІВ ВПЛИВУ НА РЕСУРС РОБОТИ БЛОКІВ ПЛАВУЧОСТІ
ЗІ СФЕРОПЛАСТИКА ДЛЯ ГЛИБОКОВОДНИХ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ
Сферопластик складається зі зв’язуючого, твердника, наповнювача у вигляді
порожнистих скляних кульок та додаткових компонентів: стабілізаторів,
пластифікаторів, апретів. Кожен з компонентів опосередковано впливає на
механічні властивості сферопластика а, відповідно, на працездатність
конструкції в цілому. Знайти “слабку ланку” та з’ясувати механізми руйнування
матеріалу блоків плавучості – мета експериментального дослідження.
2.1. Експериментальне дослідження стабільності механічних властивостей матриці
сферопластика і вплив на фізико-механічні і експлуатаційні характеристики
блоків плавучості глибоководних технічних засобів
Відомо з робіт [52], [53], що зміни механічних характеристик сферопластиків
слід, в першу чергу, чекати від полімерного зв'язуючого внаслідок його
старіння. Вивченню старіння полімерів присвячена достатня кількість робіт [54],
[55], [56], але при цьому розглянута невелика частина існуючих полімерів (в
більшості – термопластичних). З метою визначення допустимих меж ресурсу
сполучників для виготовлення блоків плавучості досліджена стабільність в часі
модуля пружності Е і границі міцності зв'язуючого на розтягування, як
найважливіших механічних характеристик. При дослідженні, сферопластик, що має
велике розсіяння механічних властивостей через наявність досить полідисперсного
наповнювача – мікросфер [16], замінений на склопластик з аналогічним
зв'язуючим. Заміна дозволила знизити дисперсії результатів випробувань,
пов'язаних з наповнювачем, залишивши діючим чинник впливу – старіння полімеру.
Випробування на розтягування [57] було вибрано через кращу надійність
результатів у порівнянні, наприклад, з випробуванням на стискання [58]. Під
поняттям “стабільні властивості” розумілася відсутність змін значення модуля
пружності і відсутність зниження значення границі міцності. Досліджувалися
зразки склопластиків, в яких варіювався склад зв'язуючого. Вибір склотканини
НП-400 в якості армуючого наповнювача зразків пояснюється доступністю і
стабільністю властивостей матеріалу.
В роботі вивчався вплив типу епоксидного зв'язуючого, типу твердника і
пов'язаної з ним температури отвердіння полімеру, наявності і кількості
стабілізатора на стабільність механічних властивостей. Методом дослідження
вибраний метод штучного температурного старіння матеріалу, тому що даний
алгоритм добре вивчений [55], [56], дозволяє значно скоротити час експерименту
при отриманні досить точних, співставних з натурним експериментом результатів.
Крім того, цей метод дозволяє отримати залежність, що прогнозує поведінку
матеріалу на значний термін експлуатації, тобто дає можливість передбачити
ресурс роботи блоків плавучості глибоководних технічних засобів, що пов’язаний
з вищезгаданими чинниками.
2.1.1. Планування експерименту
Зазначені фактори впливу є якісними факторами, що не дозволило використати
розповсюджені схеми планування експерименту, такі як повнофакторний експеримент
(ПФЕ), ортогональні і рототабельні композиційні плани. Тому для планування та
обробки результатів дослідів прийнято метод латинських квадратів [59], [60].
Перевагами цього методу є можливість вивчення якісних факторів впливу,
відсутність необхідності паралельних (повторних) дослідів, зменшення кількості
експериментальних позицій у N раз (N – кількість рівнів факторів) у порівнянні
з ПФЕ [61]. План методу базується на латинському квадраті (таблиці). У
дослідженні використано план з трьома рівнями варіювання по кожному з трьох
факторів впливу. В експерименті використовувалися фактори: смоляна частина
сполучника (рівень варіювання ЕД-20 вибраний внаслідок порівняно невисокої
екзотерії при твердінні, УП-614 та УП-238 вибрані як апробовані складові
сполучників для сферопластика, які надають сполучнику високий модуль пружності
при стисканні); тип твердника (рівні варіювання ПЕПА, Л-19, Діамет-Х вибрані
завдяки великій різниці в температурі отвердіння , що дозволить дослідити
фактор у більшому діапазоні значень); тип та наявність стабілізатора хімічної
структури. Кількість експериментальних точок становить 9 (на відміну від 27 для
ПФЕ). План експерименту представлений у таблиці 2.1.
Таблиця 2.1
Рандомізований латинський квадрат
b1
b2
b3
a1
c3
с1
с2
a2
c2
с3
c1
a3
с1
с2
с3
У таблиці прийняті такі позначення:
для стовпців таблиці (смоляна частина зв’язуючого): b1 – смола ЕД-20; b2 –
смола УП-614; b3 – смола УП-238;
для рядків таблиці (твердник, у дужках – температура твердіння ): a1 – ПЕПА (
20 оС); a2 – Л-19 (70 оС); a3 – Діамет-Х (150 оС);
для латинських букв таблиці (наявність і кількість стабілізатора): с1 –
відсутність стабілізатора; с2 – 0,5 % стабілізатора; с3 – 1 % стабілізатора.
З метою зменшення матеріальних витрат в одному експерименті досліджувалося дві
функції відгуку одночасно з позначеннями: Y1 – границя міцності матеріалу при
розтягуванні; Y2 – модуль пружності матеріалу при розтягуванні.
2.1.2. Послідовність виконання дослідження
Зразки для випробувань виготовлялися методом контактного формування та
наступним вакуумним пресуванням з використанням склотканини НП-400,
аппретованої для епоксидних смол, зв’язуючого на основі епоксидної смоли,
твердника і стабілізатора згідно плану експерименту. Склад зразків
представлений у таблиці 2.2.
Незмінність значення коефіцієнту заповнення об’єму скловолокном забезпечувалася
технологічними параметрами