[image]

РДТТ конструкции технологии материалы 2020

 
1 29 30 31 32 33 34 35
US timochka #24.12.2020 14:40  @Mihail66#23.12.2020 20:54
+
-
edit
 

timochka

опытный

Mihail66> А каким образом там этот слой под 90 начал влиять на прочность. По идее он своим присутствием должен только мешать, т.к. он не принимает участия в нагружении.

Все слои нагружены, нет там неработающих слоев. Оболочка не шаровая, а циллиндрическая. В первом приближении, для линейной модели ТОНКОЙ оболочки тангенциальные напряжения в 2 раза больше осевых. И тут 45,-45 армированием не обойдешься, оно сильно не оптимально.

Кроме того, в реальности оболочка ТОЛСТАЯ, и напряжения неравномерно распределены по толщине. Наибольшую нагрузку несет внутренний слой.
И она анизотропная, и нелинейная. Т.е. ориентация тензора главных напряжения меняется от нагружающего давления.

Вот и приходится дополнительный слой с третьей ориентацией вводить для разгрузки внутреннего слоя и дополнительной жесткости для тангенциальных напряжений.
   78.078.0
RU Mihail66 #24.12.2020 14:51  @timochka#24.12.2020 14:40
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

Mihail66>> А каким образом там этот слой под 90 начал влиять на прочность. По идее он своим присутствием должен только мешать, т.к. он не принимает участия в нагружении.
timochka> Все слои нагружены, нет там неработающих слоев. ....

Все это уже 100 обмусолилось ранее.
Вопрос вот в чем. Каким образом кольцевой слой волокна под 90* влияет на прочность баллона в осевом направлении. В данном случае мы кольцевые нагрузки не рассматриваем.

timochka> Кроме того, в реальности оболочка ТОЛСТАЯ...

Что в ней толстого? 1мм на диаметре 60мм.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
US timochka #24.12.2020 15:13  @Mihail66#24.12.2020 14:51
+
-
edit
 

timochka

опытный

Mihail66> Вопрос вот в чем. Каким образом кольцевой слой волокна под 90* влияет на прочность баллона в осевом направлении. В данном случае мы кольцевые нагрузки не рассматриваем.

Он снимает часть тангенциальной нагрузки со слоев ±45. И эти слои начинают выдерживать большую нагрузку в осевом направлении. Это в простом линейном случае. В нелинейном эффект даже еще круче.

timochka>> Кроме того, в реальности оболочка ТОЛСТАЯ...
Mihail66> Что в ней толстого? 1мм на диаметре 60мм.

Это у вас. Я про учебник. Там наверняка задача о толстой оболочке.
   78.078.0
RU Mihail66 #24.12.2020 15:37  @timochka#24.12.2020 15:13
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

timochka> Он снимает часть тангенциальной нагрузки со слоев ±45. И эти слои начинают выдерживать большую нагрузку в осевом направлении. Это в простом линейном случае. В нелинейном эффект даже еще круче.

Если отвлечься от всей нашей словесной брехни, то суть вопроса можно свести примерно к следующему.

Есть образец (плоский кусок композита) у которого волокна расположены под углом 90*.
И есть два варианта нагружения. В первом случае мы растягиваем этот образец строго вдоль одного направления волокон. А во втором случае мы тянем этот образец так, что волокна в нем располагаются под углом 45*. В каком случае этот образец разорвется быстрее и почему?
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU SashaMaks #24.12.2020 15:48  @Mihail66#23.12.2020 20:54
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

SashaMaks>> Нет не перестали, только для слоёв под углом 45° так и есть, т.е без учёта слоя/ёв под 90°.
Mihail66> А каким образом там этот слой под 90 начал влиять на прочность. По идее он своим присутствием должен только мешать, т.к. он не принимает участия в нагружении.
SashaMaks>> Это запись не для 90/+45/-45, а только для +45/-45. Ты снова всё путаешь против меня :(
Mihail66> А каким образом там этот слой под 90 начал влиять на прочность. По идее он своим присутствием должен только мешать, т.к. он не принимает участия в нагружении.

Сначала я оттолкнусь от своих данных для 45°.
У испытанного плоского стеклотканевого образца на разрыв за 1 принимаю наименьшие напряжения, которые были в напрвалении 90°, тогда наибольшие напряжения получаются 2,5 под углом 0°. При этом под углом 45° суммарные напряжения составили примерно 1,2.
Если взять все волокна из этого образца и направить их под углом 45°, то разрывная прочность будет равна их сумме: 2,5+1=3,5. От сюда потери составят 1,2/3,5=0,34.

Для случая намотки цилиндра в два слоя 45°/45°:
По оси будет: 1*0,34+1*0,34=0,68;
По кольцу будет: 1*0,34+1*0,34=0,68.

Для случая намотки цилиндра в два слоя 0°/90°:
По оси будет: 1*1,0+1*0,0=1,0;
По кольцу будет: 1*0,0+1*1,0=1,0.

Хоть условие равнопрочности для цилиндра не выполнено ни в одном из этих примеров, зато видно, что потери для 45°/45° составят -32% от 0°/90°.

Теперь тоже самое для 45°/45°/90°:
По оси будет: 1*0,34+1*0,34+1*0,0=0,68;
По кольцу будет: 1*0,34+1*0,34+1*1,0=1,68.

Для случая намотки цилиндра 0°/90°/90°:
По оси будет: 1*1,0+1*0,0+1*0,0=1,0;
По кольцу будет: 1*0,0+1*1,0+1*1,0=2,0.

Вот тут условие равнопрочности цилиндра выполняется только для схемы 0°/90°/90°, а для схемы 45°/45°/90° напряжения по кольцу больше необходимого на 24% (100%*([1,68/0,68/2]-1)=24%), следовательно самое слабое место будет сферический переход около цилиндра. (не там ли было у твоих баллонов разрушение?)
Потери удельной прочности при этом составляют 100*(1-1/0,68*1,68/0,68/2)=-82%.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
Это сообщение редактировалось 24.12.2020 в 16:00
RU SashaMaks #24.12.2020 15:58  @SashaMaks#24.12.2020 15:48
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

Вот тот самый файл с графиками нагружения.

У испытанного плоского стеклотканевого образца на разрыв за 1 принимаю наименьшие напряжения, которые были в напрвалении 90°, тогда наибольшие напряжения получаются 1,72 под углом 0°. При этом под углом 45° суммарные напряжения составили примерно 1,116.
Если взять все волокна из этого образца и направить их под углом 45°, то разрывная прочность будет равна их сумме: 1,72+1=2,72. От сюда потери составят 1,116/2,72=0,41.

Для случая намотки цилиндра в два слоя 45°/45°:
По оси будет: 1*0,41+1*0,41=0,82;
По кольцу будет: 1*0,41+1*0,41=0,82.

Для случая намотки цилиндра в два слоя 0°/90°:
По оси будет: 1*1,0+1*0,0=1,0;
По кольцу будет: 1*0,0+1*1,0=1,0.

Хоть условие равнопрочности для цилиндра не выполнено ни в одном из этих примеров, зато видно, что потери для 45°/45° составят -18% от 0°/90°.

Теперь тоже самое для 45°/45°/90°:
По оси будет: 1*0,41+1*0,41+1*0,0=0,82;
По кольцу будет: 1*0,41+1*0,41+1*1,0=1,82.

Для случая намотки цилиндра 0°/90°/90°:
По оси будет: 1*1,0+1*0,0+1*0,0=1,0;
По кольцу будет: 1*0,0+1*1,0+1*1,0=2,0.

Вот тут условие равнопрочности цилиндра выполняется только для схемы 0°/90°/90°, а для схемы 45°/45°/90° напряжения по кольцу больше необходимого на 11% (100%*([1,68/0,68/2]-1)=11%), следовательно самое слабое место будет сферический переход около цилиндра. (не там ли было у твоих баллонов разрушение?)
Потери удельной прочности при этом составляют 100*(1-1/0,82*1,82/0,82/2)=-35%.
 
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU Mihail66 #24.12.2020 15:59  @SashaMaks#24.12.2020 15:48
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

SashaMaks> Для случая намотки цилиндра в два слоя 45°/45°:
SashaMaks> По оси будет: 1*0,34+1*0,34=0,68;
SashaMaks> По кольцу будет: 1*0,34+1*0,34=0,68.
SashaMaks> Для случая намотки цилиндра в два слоя 0°/90°:
SashaMaks> По оси будет: 1*1,0+1*0,0=1,0;
SashaMaks> По кольцу будет: 1*0,0+1*1,0=1,0.

Понятно.
Т.е. все это вытекает опять же из твоих экспериментальных данных?
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU SashaMaks #24.12.2020 16:01  @Mihail66#24.12.2020 15:59
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

Mihail66> Т.е. все это вытекает опять же из твоих экспериментальных данных?

Да и они даже коррелируют с твоими данными по типу и месту разрушения твоих баллонов.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU Mihail66 #24.12.2020 16:09  @SashaMaks#24.12.2020 16:01
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

SashaMaks> Да и они даже коррелируют с твоими данными по типу и месту разрушения твоих баллонов.

Я это ранее уже отмечал. Но ты как-то со скепсисом к этому отнесся, отметив лишь что там потери на уровне всего 10%.
Сейчас я пытаюсь раскопать литературу, некоторым боком относящуюся к данному вопросу. Вспоминаю, что там как раз упоминается это самое переходное место, и не в лучшем свете. Причем для баллонов имеющих слои с ориентацией в 90* это место отмечено как наиболее проблемное.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU SashaMaks #24.12.2020 16:17  @Mihail66#24.12.2020 16:09
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

Mihail66> Причем для баллонов имеющих слои с ориентацией в 90* это место отмечено как наиболее проблемное.

А я в курсе и давно в курсе и даже давно уже решил эту проблему, что очевидно, так как сейчас самое слабое место - это именно цилиндрическая часть и это правильно, так как на неё приходится наибольшая масса корпуса в длинном двигателе, поэтому прослабление в маломассивных местах приведёт к сильному перетяжелению конструкции и избыточному расходу материала.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU Mihail66 #24.12.2020 16:33  @SashaMaks#24.12.2020 16:17
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

SashaMaks> А я в курсе и давно в курсе и даже давно уже решил эту проблему...

В твоей конструкции, даже при всей ее неудобности, этот проблемный участок решается до неприличия просто. А вот для сферических днищ, походу и придумали этот угол 54,7, чтобы под углом 90* не мотать.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU SashaMaks #24.12.2020 16:57  @Mihail66#24.12.2020 16:33
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

Mihail66> А вот для сферических днищ, походу и придумали этот угол 54,7, чтобы под углом 90* не мотать.

У меня вообще-то тоже сферическое днище.
Угол 54,7° нужен только для обеспечения равнопрочности только спиральной цилиндрической намотки между осевым и кольцевым направлениями.

Если же рассматривать обмотку сферы, то напряжения в ней равны осевым в цилиндре и соответственно в 2 раза меньше, кольцевых в цилиндре. Но у сферы нет какого-то отдельного направления, то эти напряжения равномерно распределены по всему обёму сферической оболочки.

В твоём случае кольцевые напряжения больше сферических в 2,2 раза, например, важно, что это значение больше 2. Т.е. на сфере будет где-то 0,9 вместо 1. И чтобы порвать баллон по цилиндру, необходимо усиливать сферу. Для этого нужны углы намотки первых двух слоёв меньше 45°. Сколько этот угол будет я не знаю, скорее всего он будет в районе от 30° до 45°.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU SashaMaks #24.12.2020 17:04  @SashaMaks#24.12.2020 16:57
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

SashaMaks> Сколько этот угол будет я не знаю, скорее всего он будет в районе от 30° до 45°.

При этом сюда будут накладываться потери уже на самой сфере.
Если равнопрочность по цилиндру будет выравниватся при уменьшении угла от 45°, то на сфере будут наоборот расти потери и тут вообще х.з. как оно выйдёт в итоге.

П.С. Обмотка чистой сферы оптимальна перекрёстным образом при равном угле. Но и этого сложно добиться. Поскольку напряжения на сфере изотропны, то и материал для неё должен быть изотропен. Для композитов это достигается посредством укладки множества слоёв под одним одинаковым углом. Т.е. если это два слоя, то угол между слоями должен быть 90°, у трёх слоёв 60°, у четырёх слоёв 45° и т.д. Т.е. только сферу выгодно мотать в множество свлоёв тонким ровингом с одинаковым углом равным 180°/число слоёв.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU Mihail66 #24.12.2020 18:06  @SashaMaks#24.12.2020 16:57
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

SashaMaks> У меня вообще-то тоже сферическое днище.

У тебя на нем нет дыры.

SashaMaks> Угол 54,7° нужен только для обеспечения равнопрочности только спиральной цилиндрической намотки между осевым и кольцевым направлениями.

Ну так и для полюсного огибания углы от 0 до 54,7 будут делать эту сферическую часть равнонагруженной.

SashaMaks> В твоём случае кольцевые напряжения больше сферических в 2,2 раза, например, важно, что это значение больше 2.

Это из твоих экспериментальный данных?

SashaMaks> Сколько этот угол будет я не знаю, скорее всего он будет в районе от 30° до 45°.

Тогда для двух слоев с углом 35,3* потребуется мотать два кольцевых слоя. Мой баллон тогда будет иметь избыточную (теоретическую) прочность, хоть и будет равнонагруженным.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU Mihail66 #24.12.2020 18:19  @SashaMaks#24.12.2020 17:04
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

SashaMaks> Т.е. только сферу выгодно мотать в множество свлоёв тонким ровингом с одинаковым углом равным 180°/число слоёв.

А это что еще за хрень?
Для сферы, если угол 0, то сфера вся покрывается композитом, при этом на полюсах получаются утолщения. А если угол 45 то композит ложится лишь поясом по экватору, а полюса остаются голыми. Чем больше угол, чем уже пояс.
Таким образом делается несколько слов с разными углами от 0 и до 55 для достижения одинаковой толщины композита по всей сфере.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU SashaMaks #24.12.2020 20:28  @Mihail66#24.12.2020 18:06
+
-
edit
 

SashaMaks
SashaPro

аксакал

SashaMaks>> У меня вообще-то тоже сферическое днище.
Mihail66> У тебя на нем нет дыры.

Зачем ты это пишешь?
Какое это имеет отношение к другой части сферы?
SashaMaks> самое слабое место будет сферический переход около цилиндра.

SashaMaks>> В твоём случае кольцевые напряжения больше сферических в 2,2 раза, например, важно, что это значение больше 2.
Mihail66> Это из твоих экспериментальный данных?

Да, который коррелируют с твоими данными по типу и месту разрушения твоих баллонов.

SashaMaks>> Сколько этот угол будет я не знаю, скорее всего он будет в районе от 30° до 45°.
Mihail66> Тогда для двух слоев с углом 35,3* потребуется мотать два кольцевых слоя. Мой баллон тогда будет иметь избыточную (теоретическую) прочность, хоть и будет равнонагруженным.

Да, так и будет. Будет "чугунок", но ведь тебе же "чхать" на КМС, тогда всё вроде бы должно тебя устраивать. Хотя у тебя и так давления разрушения в 2 раза больше рабочих в двигателе.

SashaMaks>> Т.е. только сферу выгодно мотать в множество свлоёв тонким ровингом с одинаковым углом равным 180°/число слоёв.
Mihail66> А это что еще за хрень?

Эта "хрень" называется придание изотропности анизотропному материалу.
И далее не пытайся извернуть смысл мной написанного. Это идеал, на трёхмерно искривленной сферической поверхности одинакового угла выдержать не получится, угол будет всё время менятся, важно здесь именно добиться равномерности распределения волокон. Это сложно буковками описать.

А вообще если тебе так интересно додолбиться до всего, есть один очень простой способ: берёшь и делаешь.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
RU Mihail66 #24.12.2020 21:28  @SashaMaks#24.12.2020 20:28
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

SashaMaks> Какое это имеет отношение к другой части сферы?

Самое непосредственное, и ты же об этом и говорил. Речь идет о величине загиба, и чем больше дыра, тем меньше площадь днища покрыта композитом.
А по факту на сферическом днище происходит следующее. Та его часть которая расположена от цилиндра и до угла 54,7 всегда будет иметь хреновую прочность. А та часть которая расположена от осевой и до угла 54,7 будет иметь избыток толщины, ну и прочности до кучи.
И в этой связи самой рациональной раскладкой (если не вдаваться в разнообразные технологические премудрости) будет двухслойная намотка с углами +54,7/-54,7.

SashaMaks>> самое слабое место будет сферический переход около цилиндра.

Да, если на цилиндре имеется слой с углом 90*.

SashaMaks> Да, так и будет. Будет "чугунок", но ведь тебе же "чхать" на КМС, тогда всё вроде бы должно тебя устраивать.

Да как бы и устраивает, но тут уже тупо битва за правду.

Mihail66>> А это что еще за хрень?
SashaMaks> Эта "хрень" называется придание изотропности анизотропному материалу.

Вот это действительно хрень, поскольку при намотке сферического баллона под разными углами преследуется совершенно другая цель.

SashaMaks> И далее не пытайся извернуть смысл мной написанного.

А я и не изворачиваю. И если на сферической поверхности одинакового угла не получается выдержать, то это, как ты правильно заметил, лишь потому что у нее трехмерная кривизна. Но углы эти на самом деле жестко привязаны к экватору. И при намотке с разными углами получается ни что иное как многозонная намотка армирующего наполнителя. Таким образом достигается равнонагруженность оболочки, и только.

SashaMaks> А вообще если тебе так интересно додолбиться до всего, есть один очень простой способ: берёшь и делаешь.

Считай что уже начал! Предлагаю тебе ознаменовать Новый Год очередным разрывом моего баллона. На этот раз он будет из двух слоев под всеми нами любимым углом. И вот тут уже и цилиндр и сфера будут равнонагруженными в теории.
   87.0.4280.8887.0.4280.88

irfps

опытный

Добрый день.
Обнаружил вот это.

Рукав, шнурок, чулок из карбона, стеклоткани и кевлара - Inter-Composite - продажа композитных материалов

Рукав, шнурок, чулок из карбона, стеклоткани и кевлара Inter-Composite. Быстрая доставка композитных материалов и материалов для вакуумной формовки и инфузии по СНГ. //  inter-composite.com
 

При указанном диаметре, получается, как раз под 45г к оси.
Предназначен для изготовления труб
Приходилось сталкиваться?
   87.0.4280.8887.0.4280.88
US timochka #25.12.2020 02:26  @Mihail66#24.12.2020 15:37
+
-
edit
 

timochka

опытный

Mihail66> Есть образец (плоский кусок композита) у которого волокна расположены под углом 90*.
Mihail66> И есть два варианта нагружения. В первом случае мы растягиваем этот образец строго вдоль одного направления волокон. А во втором случае мы тянем этот образец так, что волокна в нем располагаются под углом 45*. В каком случае этот образец разорвется быстрее и почему?

Часть 1.
Тогда давайте рассмотрим для начала простую задачу. Длинный циллиндрический баллон нагруженный внутренним давлением P. Баллон тонкостенный, т.е. стенки равномерно нагружены по толщине и изгибающих нагрузок на стенках нет. Это допущение, на самом деле, стремное, т.к. в реальных конструкциях это почти всегда не так.

Смотрим на картинку 1. [img]tank_pressure1.jpg[/img]

Если вырезать квадратный элемент стенки dS, то он окажется нагружен на растяжение по двум взаимоперпендикулярным осям (продольно и тангенциально). См. раздел "сложное нагружение" в теории прочности. Нагрузка вдоль продольной оси X в 2 раза меньше тангенциальной нагрузки (ось Y). Это важный момент.

Для ИЗОТРОПНОГО материала оси главных напряжений будут совпадать с осями нагрузки. Но для АНИЗОТРОПНОГО это не так, т.к. модуль упругости E, и коэффициент Пуассона Мю уже не будут скалярными величинами. Они станут тензорами, и добро пожаловать в тензорную алгебру.
Прикреплённые файлы:
tank_pressure1.jpg (скачать) [1024x942, 108 кБ]
 
 
   78.078.0
Это сообщение редактировалось 25.12.2020 в 05:40
US timochka #25.12.2020 03:19  @timochka#25.12.2020 02:26
+
-
edit
 

timochka

опытный

Часть 2.
Теперь давайте зададимся вопросом, какое будет оптимальное армирование для нашего баллона?
Аксиомы:
1) Совместные деформации, т.е. деформации волокон и связующего в каждой точке совпадают (нет расслоения).
2) При волоконном армировании волокна не работают на изгиб, только на продольное растяжение.
3) Изотропное связующее.

Простейший подход с этой задаче, взять решение для изотропного случая и уложить волокна вдоль направления главных напряжений. Во многих случаях этот подход вполне работает, хотя не всегда.

Попробуем сделать это для задачи из первой части. Рассмотрим армирование в 2 слоя, с укладкой волокон 0, 90 градусов. (См рисунок)

Очевидно, что в этом случае главные оси тензора жесткости совпадают с главными осями тензора нагрузки. (Условие 1)
Значит главные оси тензора напряжений тоже совпадут. Т.е. можно впрямую натянуть решение для изотропного материала на наш случай. Только модуль упругости по главным осям будет разный, Ex, Ey соответственно.

Т.е. у нас будет 2-х осевое растяжение с главными напряжениями SigmaX, SigmaY вдоль соответствующих осей. Причем SigmaY = 2*SigmaX..

Теперь рассмотрим гипотезу прочности (см рисунок). Очевидно, что у нас будут следующие случаи разрушения (смотри пунктирные линии критериев прочности для соответствующих пунктов):
1) Разрыв волокон вдоль оси Y.
2) Разрыв волокон вдоль оси X.
3) Разрушение связующего. Линия для этого критерия прочности не является прямой в общем случае. В зависимости от типа связующего (эластичное не ползущее, эластичное ползущее, хрупкое, и т.п.) линия приобретает разную форму. Для хрупкой, линейной связки (полностью полимеризованная эпоксидная смола) этот критерий прочности можно линейной функцией в первом приближении.

Это самый простой "базовый" набор критериев разрушения. Также возможны "отслаивания волокон от связки на границе волокна", "расслаивание волокна местными касательными напряжениями" и т.д. Но этот расчет сильно сложный.

Что такое "оптимальное армирование" это значит, что в наших условиях нагружения все критерии разрушения достигаются одновременно.
Для полученных результатов мы видим, что если положить в 2 раза больше волокна вокруг баллона то критерии разрушения волокон по обеим осям будут достигаться одновременно.

Тут есть две проблемы:
1) укладка волокна вдоль баллона (слой армирования 0 градусов) технологически сложна. Там вопрос что делать с торцами.
2) Делать слои разной толщины для тонкой оболочки сложно. Проще работать равными слоями. Но есть неравнопрочная стеклоткань.
3) Что делать с разрушением из-за растрескивания связки? Варьировать толщину слоев армирования можно, но количество и прочность связующего поменять не получится. Выходит баллон избыточно прочный по критериям разрушения волокон. Т.е. излишний вес.

Один из вариантов - замена слоя 0 градусов, на 2 слоя ±К градусов. Очевидно, что (Условие 1) все еще в силе. Теперь надо решить задачу для 3-х слоев 0, +K, -K и убедиться что из-за возросшей жесткости разрушение связки теперь не достигается. И подобрать K так, чтоб слои были удобной толщины для имеющегося оборудования и материалов.
Прикреплённые файлы:
tank_pressure2.jpg (скачать) [1024x416, 88 кБ]
 
 
   78.078.0
Это сообщение редактировалось 25.12.2020 в 05:38
US timochka #25.12.2020 06:02  @timochka#25.12.2020 03:19
+
-
edit
 

timochka

опытный

Часть 3
Для варианта армирования на 3 слоя 90, +K, -K гипотеза прочности строится аналогично.
График критериев прочности будет выглядеть примерно так (см рисунок):
1) Разрыв волокон вдоль оси Y (волокна 90 градусов).
2) Разрыв волокон слоя +K, -K. Тут критерий для обоих слоев совпадает в силу симметрии. Линия проходит перпендикулярно направлению армирования.
3) Разрушение связующего.

Для оптимального армирования необходимо добится прохождения всех трех графиков через точку Qy = 2 * Qx, где величины Qx, Qy определяются максимальным давлением. Для этого варьируют толщины слоев армирования и величину угла К.
Оптимальный К сильно зависит от свойств связующего. Для связующего разрушающегося по хрупкому механизму оптимальный К получается 45 градусов.
Прикреплённые файлы:
tank_pressure3.jpg (скачать) [1024x490, 85 кБ]
 
 
   78.078.0
RU Mihail66 #25.12.2020 09:43  @timochka#25.12.2020 06:02
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

Отличное описание, приятно было почитать.

timochka> Оптимальный К сильно зависит от свойств связующего. Для связующего разрушающегося по хрупкому механизму оптимальный К получается 45 градусов.

А углы +45/-45 и 90* мы уже давно прошли, и теперь бьемся лбами над вопросом, какая раскладка арматуры будет крепче для баллона. Выбери из двух вариантов.
1. Один слой с углом 0* (вдоль оси) и два слоя с углом 90* (по кольцу).
2. Два слоя с углами +45/-45 и один слой с углом 90* (описанный тобой случай).
   87.0.4280.8887.0.4280.88
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

irfps> При указанном диаметре, получается, как раз под 45г к оси.

А почему именно так получается?
Такие кишки очень любят авиамоделисты. Для наших целей они не совсем удобные. Волокна расположены очень жиденько, для изготовления трубки уходит много смолы.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
US timochka #25.12.2020 12:31  @Mihail66#25.12.2020 09:43
+
-
edit
 

timochka

опытный

timochka>> Оптимальный К сильно зависит от свойств связующего. Для связующего разрушающегося по хрупкому механизму оптимальный К получается 45 градусов.
Mihail66> А углы +45/-45 и 90* мы уже давно прошли, и теперь бьемся лбами над вопросом, какая раскладка арматуры будет крепче для баллона. Выбери из двух вариантов.
Mihail66> 1. Один слой с углом 0* (вдоль оси) и два слоя с углом 90* (по кольцу).
Mihail66> 2. Два слоя с углами +45/-45 и один слой с углом 90* (описанный тобой случай).

Зависит от связующего! Для оптимального армирования нужно свести все три критерия разрушения в одной точке О соответвующей максимальному давлению. Ее координаты в терминах линейной удельной нагрузки:
Qy = (Pmax * D)/2
Qx = (Pmax * D)/4 , где Pmax - максимальное расчетное давление, D - диаметр цилиндрической части. Точка нагрузки на этом графике всегда находится на линии графика Y = 2*X

Подбирая количество волокон в слоях мы с легкостью можем сделать линии (1) и (2) проходящими через эту точку для обоих схем армирования. (см верхний график на рисунке)

Но где будет проходить линия (3) - критерий разрушения связующего? Это мы контролировать и менять не можем. Мы пропитываем волокна что-бы обеспечить герметичность баллона и обеспечить надежное соединение всех волокон. Варьировать количество связки мы почти не можем, оно обусловленно используемой технологией.
Тип связки, обычно, тоже менять не получается. Кривая (3) - критерий прочности для связующего всегда симметрична относительно линии X=Y (45 градусов) из-за изотропии связующего. Но от количества связки зависит где пройдет кривая (3), дальше - ближе. А от типа смолы как эта кривая будет выглядеть (прямая, или более дугообразная). (см нижний график на рисунке)

Для армирования 0, 90 оптимальные толщины слоев должны быть 1 : 2. Суммарно 3.
Для армирования 90, -45, +45 оптимальные толщины должны быть 1 : 1.41 : 1.41, суммарно 3.8.

Т.е. во втором случае получается толще, и связующего вторая схема возьмет больше. Но и связующее получается прочнее, может нести больше нагрузки.
И если для этого количества связки кривая (3) проходит слишком далеко слева-вверху, то прочность связующего избыточна. Надо предпочитать первую схему армирования.
Если кривая приходит слишком низко справа, то прочность связки недостаточна. Значит надо предпочесть вторую схему армирования.

Ну и еще технологические ограничения на толщины слоев могут сыграть роль. Что если технология не позволяет сделать слой тоньше чем Н. Или толщины стоев могут быть только одинаковые. Или невозможно уложить слой с направлением армирования 0 градусов.
Прикреплённые файлы:
tank_pressure4.jpg (скачать) [1024x697, 99 кБ]
 
 
   78.078.0
RU Mihail66 #25.12.2020 13:24  @timochka#25.12.2020 12:31
+
-
edit
 

Mihail66
mihail66

аксакал

timochka> Зависит от связующего! ....

Не, не, не! Стоп!
Ни надо ничего про связующее. Давай будем считать что количество связки для обоих случаев одинаковое.

timochka> Для армирования 0, 90 оптимальные толщины слоев должны быть 1 : 2. Суммарно 3.
timochka> Для армирования 90, -45, +45 оптимальные толщины должны быть 1 : 1.41 : 1.41, суммарно 3.8.

А это еще откуда?
Ты сейчас оперируешь книжными понятиями, поэтому у тебя там количество связки, толщина композита и пр. А давай-ка попробуем по жизненному, где есть просто станок для намотки, и уже готовый материал для намотки в виде стеклоровинга определенной плотности. Тогда мы будем оперировать слоями одинаковой толщины. Т.е. для первого варианта это 3 слоя ровинга определенной ширины и толщины, уложенные вплотную без зазоров. И для второго варианта все точно так же, только углы ориентации отличаются.
Итак - 1. армирование по схеме 0/90/0 (3 слоя), 2. армирование по схеме +45/-45/0 (3 слоя). И задаемся условием, что в обоих вариантах одинаковое количество связки, они имеют одинаковую толщину, и у них одинаковая масса.

А чтобы тебе было понятно в чем здесь подвох, поясню. Существует мнение, что если главные векторы сил в этом баллоне расположены не вдоль ориентации волокон, то векторное сложение этих сил для таких анизотропных материалов не применимо, в чем некоторые из присутствующих на форуме сильно сомневаются.
   87.0.4280.8887.0.4280.88
Это сообщение редактировалось 25.12.2020 в 13:42
1 29 30 31 32 33 34 35

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru