Слокам
 Кругосветные, одиночные путешествия на яхтах. Путешествия вокруг света на парусных яхтах.

  Главная    Евгений Гвоздёв    Джошуа Слокам    Фотографии яхт    Справочник яхтсмена    Карта мира    Литература    Видео    Продажа яхт 

  Школа капитана    Школа рулевого    Морские походы    Под парусом по планете    Как пройти вокруг света на яхте    Морские узлы    Паруса    Ветер и течения 



Конструкция и устройство судов внутреннего плавания.

 Конструкция и устройство судов внутреннего плавания

  Содержание 

Пластмассовые материалы

Прочность стеклопластика

Наибольший интерес из всех свойств стеклопластика как конструкционного материала представляет его прочность. Рассмотрим основные механические характеристики стеклопластика.

 

Напряжения и деформации.

Опыты, проведенные над стеклопластиками, показали, что они являются анизотропным материалом, т. е. свойства их не одинаковы по разным направлениям. Объясняется это структурой материала, так как после затвердевания пластик состоит из двух составных частей: из стекловолокон и окружающей их смолы. Свойства этих составных частей различны. Так например, модуль нормальной упругости стекловолокон составляет при растяжении

,

а затвердевшей смолы

 

Таким образом, модуль упругости смолы примерно в 20 раз ниже модуля упругости стекловолокна.

Роль обоих компонентов в совместной работе пластика можно приближенно оценить следующим путем.

Приложив к образцу из стеклопластика растягивающую силу Р, установим, какую часть этой нагрузки воспринимает смола Рсм и какую — стекловолокна Рст.

В поперечном сечении образца не все волокна совпадают с направлением прилагаемого усилия. Для простоты вывода будем считать, что волокна либо совпадают с направлением усилия, т. е. работают полноценно, либо расположены перпендикулярно ему, т. е. совершенно не работают. Тогда поперечное сечение образца будет состоять из трех частей: смолы, имеющей площадь сечения Fcм; стекловолокон, совпадающих с направлением усилия и имеющих площадь сечения Fст, и стекловолокон, перпендикулярных усилию и имеющих площадь сечения Fст.

По закону Гука нагрузку, воспринимаемую смолой, можно выразить в виде

(1)

а нагрузку, воспринимаемую стекловолокном, — в виде

(2)

причем

(3)

где е — относительное удлинение образца.

Так как удлинение смолы и волокна вследствие неразрывности материала одинаково, то из выражений (1) — (3) можно получить:

(4)

Введем коэффициент эффективности армирования х:

(5)

Очевидно, что коэффициент эффективности может изменяться от единицы до нуля, причем в первом случае все волокна будут параллельны усилию, а во втором — перпендикулярны ему.
Коэффициентом армирования М называется отношение веса всего стекловолокна к весу образца в целом, т. е.

(6)

где и —удельный вес соответственно стекловолокна и смолы.
Теперь из выражений (5) и (6) легко найти, что

(7)

Подставляя отношение в формулы (4), найдем, что:

(8)

Как следует из последних выражений, долевое участие обоих компонентов в воспринятии общей нагрузки зависит от коэф­фициента армирования 'и характера армирования (направления волокон по отношению к направлению прилагаемого усилия).
Учитывая, что практически коэффициент армирования для стеклопластиков составляет от 30 до 60%, удельный вес стекло­волокна =2,5 г/см3, а смолы =1>2 г/см3, из формул (8) можно определить, что смола воспринимает от 6 до 33% всей нагрузки, прилагаемой к образцу. Остальная часть нагрузки воспринимается стекловолокном.

Модуль упругости пластика можно определить по закону Гука

(9)

Из формул (1) — (3) можно получить, что

(10)

а с учетом выражений (5) и (7)

(11)

коэффициент , равный

(12)

В зависимости от содержания стекловолокна в образце и от его направления относительно действующих сил коэффициент & изменяется в пределах от 0,14 до 0,44, т. е. теоретически модуль упругости стеклопластика должен находиться в пределах от 0,095-106 до 0,31 • 106 кг/см².

По полученным выше формулам свойства стеклопластиков оцениваются чисто механически. В действительности их свойства во многом зависят от адгезии смолы к стекловолокнам, от температурных условий и изменяются с течением времени, а также от других факторов, не учитываемых расчетными формулами. Поэтому у реальных материалов модуль упругости сухих образцов ниже подсчитанного по формуле (10) и составляет при армировании стекломатами около (0,10/0,13) 106 кг/см², а при армировании стеклотканью — приблизительно (0,15/0,20)106 кг/см².

Диаграмма Прандтля изображена на рисунке.

Диаграмма растяжения пластмассовых образцов, армированных:

1—стеклотканью; 2 — стекломатом

Как следует из графика, прямая пропорциональность между напряжениями и деформациями имеется только при нагрузках, составляющих примерно 50% разрывной. Стеклопластик разрушается без площадки текучести, т. е. пластические деформации почти отсутствуют. При снятии кратковременной нагрузки остаточных деформаций также почти не бывает (1—3,5%).

Необходимо отметить, что стеклопластики имеют невысокие значения модуля упругости. В табл. 4 приведены сравнительные значения модулей нормальной упругости различных конструкционных материалов, применяемых в судостроении.

Из этой таблицы следует, что отношение модуля упругости к пределу прочности у стеклопластика в 4—6 раз ниже, чем у стали, и даже в 2,5 раза ниже, чем у дерева.

Материал Модуль упругости, кг Предел прочности при сжатии, кг. см² Отношение модуля упругости к пределу прочности
Сталь малоуглеродистая 2,1•106 4 200 500
Сталь низколегированная 2,1•106 6 000 350
Древесина 0,1•106 5 000 200
Алюминиевый сплав 0,7•106 2 800 250
Стеклопластик, армированный:      
а) матами 0,13•106 1 400 93
б) тканью 0,20•106 2 400 83

Низкий модуль упругости в большинстве случаев и является главным недостатком стеклопластиков. Поэтому при конструировании по соображениям жесткости часто приходится увели­чивать размеры связей, хотя напряжения в них и получаются относительно небольшие.

Читать далее: Прочность при статической кратковременной нагрузке

 



 


Портал для яхтсменов и путешественников
www.Slokam.ru работает с 2009 года.
Скоро обновление!