Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Конструкционные пластмассы для строительства легких конструкций

Конструкционные пластмассы для строительства легких конструкций


В случае применения пластмасс в качестве конструкционного материала можно использовать многие их достоинства, такие, как высокое соотношение между прочностью и массой, хорошая коррозиестойкость, возможность получать формы с высокой прочностью и жесткостью, используя кривые поверхности.
В то же время пластмассы обладают рядом отрицательных свойств, весьма отличных от отрицательных свойств обычных конструкционных материалов.
Показатели прочности и упругости пластмасс составляют около 1/10—1/100 значений соответствующих показателей стали. Соответственно и конструирование пластмассовых элементов отличается от конструирования металлических.
Два наиболее важных свойства отличают пластмассы от металлов:
- ползучесть (возрастающая во времени деформация под нагрузкой);
- анизотропия, зависящая от процесса формования (литье в постоянную форму или под давлением, экструзия, вакуум-формование и др.), в результате которой прочностные характеристики различны в разных направлениях действия усилий.
Волокнистые материалы проявляют анизотропию в зависимости от направления волокон.
Для повышения прочностных характеристик пластмассы армируются стекловолокном или другими волокнами.
Статическая усталость пластмасс под нагрузкой представляет собой сложное явление. Прочностные характеристики изменяются в зависимости от температуры даже в пределах диапазона обычных для эксплуатации температур.
Из-за ползучести модуль упругости зависит от степени и продолжительности загружения. Отношение σ/ε называется эффективным модулем упругости, оно уменьшается в различной степени для различных пластмасс в течение периода загружения. Такое же влияние оказывает и повышение температуры.
Значения модулей упругости пластмасс при сжатии и растяжении необязательно равны; их значения много ниже, чем у металлов.
Поскольку пластмассы частично гибкие, а частично похожи на вязкие жидкости, их расчет следует основывать на вязкоупругой модели и применять методы, соответствующие практическим требованиям. В основном достаточно, если расчет основывается на ситуации, ожидаемой в конце расчетного срока службы, хотя более точный расчет возможен при применении дифференциального уравнения вязкоупругой модели. В этом случае упругий компонент представляется в виде пружины, а вязкий — в виде ударопоглощающего элемента.
Несмотря на то что деформации пластмасс не абсолютно пропорциональны напряжениям даже при незначительных нагрузках, диаграмма σ-ε на начальном участке приближается к прямой линии, и для приближенного расчета допустимо применять закон Гука. Для точного расчета вместо закона Гука следует пользоваться нелинейной зависимостью и учитывать ползучесть.
Для расчетов разработаны различные методы (Максвелла, Кельвина-Войта, Бурже и др.), но они включают сложные вычисления и редко применяются для практических целей. Поэтому на основе результатов экспериментов были созданы полуэмпирические зависимости (исследователями Ворли-Боллером, Теокарис-Милонасом, Пао-Марином, Кнаппе).
В первоначальной стадии, сразу после приложения нагрузки, влияние ползучести не может быть выражено простой зависимостью, однако затем его можно выразить следующим образом:
Конструкционные пластмассы для строительства легких конструкций

Зависимость σ = М/К может быть применена для определения напряжения на поверхности сечения элемента, подверженного изгибу, только при приведении момента сопротивления сечения к виду, который для прямоугольного сечения со сторонами b и h может быть выражен следующим образом:
Конструкционные пластмассы для строительства легких конструкций

Кривые, приведенные на рис. 117—119, могут быть использованы при проектировании в тех случаях, когда элементы имеют сложные поперечные сечения и подвержены действию постоянных нагрузок. Эти кривые выражают зависимость между напряжениями, деформациями и продолжительностью загружения.
Конструкционные пластмассы для строительства легких конструкций

Обычно используются два метода отображения этой зависимости:
- переменными являются продолжительность загружения и напряжение, постоянной — относительная деформация;
- переменными являются продолжительность загружения и относительная деформация, постоянной — напряжение.
Оба метода дают серии кривых. Если максимальное напряжение определено одним из обычных методов и известна продолжительность действия нагрузки, кривые позволяют легко определить ожидаемую относительную деформацию.
Этот способ всегда приводит к завышению размеров конструкции. Строительные конструкции, воспринимающие постоянные нагрузки, обычно проектируются в расчете на максимальную продолжительность их действия. В то же время период 100 000 ч, охватываемый этими кривыми, соответствует всего лишь 11,4 года.
Борьба с ползучестью стимулировала исследовательские работы по созданию пластмасс, позволяющих малую ползучесть в течение даже длительного периода действия нагрузки.
В этом отношении особенно хорошими свойствами обладают пластмассы, армированные стекловолокном, которые проявляют значительно меньшие относительные деформации, чем неармированные материалы, и эти деформации возрастают с течением времени гораздо медленнее. Модуль Юнга армированных стекловолокном пластмасс в 8—10 раз выше, чем неармированных, что позволяет производить материалы с прочностью, близкой к прочности стали или алюминия. Армирующие волокна из специальных материалов, однако, весьма дороги, поэтому они могут применяться в основном для особых целей (например, в ракетной технике). В строительстве в настоящее время пока еще используются пластмассы, армированные главным образом стекловолокном.
Конструкционные пластмассы для строительства легких конструкций

Прочность стеклопластиков, измеряемая в определенном направлении, зависит от ориентации волокон. У стеклопластиков, армированных параллельными волокнами в одном направлении, прочность при растяжении в направлении волокон во много раз превышает прочность при растяжении в направлении поперек волокон. В этом отношении предпочтительнее армирование неориентированными или ориентированными в двух направлениях волокнами, хотя при этом прочность при растяжении не столь велика, как прочность в направлении строго ориентированных волокон. С точки зрения прочности выбор ориентации армирующих волокон представляет важную задачу.
Растягивающие напряжения в армированных стеклянными волокнами синтетических смолах воспринимаются главным образом самими волокнами. При сжатии смола играет более важную роль, обеспечивая за счет связывания несущую способность волокон. Поэтому из-за меньшей связанности внешних волокон прочность стеклопластика при сжатии снижается при уменьшении толщины элемента.
Вопросы прочности анизотропных пластмасс значительно упрощаются, если рассматривать их упругие свойства в трех взаимно перпендикулярных плоскостях симметрии. Такое тело считается ортотропным, и рассмотрение напряженно-деформированного состояния на основе ортотропной модели упрощается, хотя получение точных решений все же представляет сложную задачу.
Существуют доступные формулы, полученные на основе результатов исследований в последние 10-20 лет, посредством которых конструкции из стеклопластика относительно легко могут быть рассчитаны.
Проблема сварки пластмасс при изготовлении строительных конструкций все еще не получила удовлетворительного разрешения. Перспективы ее разрешения в настоящее время ограничены тем, что синтетические смолы, доступные для применения в строительстве, вообще не поддаются сварке.
Добавлено Serxio 5-02-2016, 07:24 Просмотров: 1 062
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent