Дослідження напружено-деформованого стану сферичного меніска для застосування електронно-променевої технології

Размещено на http://www.allbest.ru/

Черкаський державний технологічний університет, Україна

Дослідження напружено- деформованого стану сферичного меніска для застосування електронно-променевої технології

Смоляр Анатолій Михайлович канд. техн. наук, доцент,

доцент кафедри геодезії, землеустрою та будівельних конструкцій

Мірошкіна Ірина Володимирівна

канд. техн. наук, доцент,

доцент кафедри статистики та прикладної математики

Меніски є конструктивними елементами літаючих об'єктів, надводних та підводних суден тощо. Технологічно меніски часто мають не тільки захисну, але й оптичну функції. Тому їх виготовляють із скла чи оптичної кераміки. Ці матеріали мають обмежену міцність. З іншого боку умови роботи менісків можуть бути складними. Тому актуальним є питання підвищення міцності сферичних менісків - зміцнення менісків.

Вирішити питання зміцнення менісків за рахунок оптимізації матеріалів чи геометрії часто не можливо через необхідність забезпечення певних оптичних властивостей. Зміцнити меніск із скла чи оптичної кераміки можливо застосуванням електронно-променевої технології [1]. При обробці поверхні меніска електронним променем у приповерхневому шарі відбувається структурування матеріалу та випаровування речовин з мікротріщин. В результаті формується область матеріалу зі збільшеним у декілька разів модулем пружності та з наведеними напруженнями стиску. Можна сказати, що формується попередньо напружений арматурний шар. Розміщення такого шару в областях дії небезпечних нормальних напружень розтягу дозволить зміцнити сферичний меніск із скла чи оптичної кераміки.

Меніски працюють в умовах механічних та температурних навантажень. Вибір схеми механічних навантажень має важливе значення для визначення областей обробки поверхонь меніска електронним променем. Серед схем механічних навантажень близькими до експлуатаційних є дві. В першій схемі навантаженням є осесиметрична розподілена чи зосереджена сила радіального напрямку. В другій схемі ця сила є несиметричною.

Порівняємо вплив розміщення навантаження на напружено - деформований стан сферичного меніска.

Чисельний аналіз напружено-деформованого стану меніска виконаємо за допомогою програмного комплексу «Інтеграл», основою якого є розроблена авторами теорія осесиметричних просторових тіл [2].

Розглянемо спочатку меніск з осесиметричним рівномірно-розподіленим навантаженням, що прикладене в зеніті меніска в радіальному напрямку (рис. 1). Таке навантаження є типовим під час експлуатації і найчастіше використовується при натурних експериментах дослідження межі міцності меніска. деформований меніск променевий

з симетричним навантаженням

Через симетрію напружено-деформованого стану, достатньо розрахувати лише симетричну половину меніска, моделюючи дію відкинутої частини введенням по осі симетрії ковзного затиснення, рухомого в напрямку осі г.

Фізико-механічні характеристики матеріалу меніска - скло К-8, модуль пружності - Е0 = 6 * 104МПа, коефіцієнт поперечної деформації - v = 0,23.

Для меніска з осесиметричним навантаженням був отриманий вектор переміщень та тензор напружень. Небезпечними для скляного або керамічного меніска є додатні напруження as. Ці нормальні напруження по величині співставні із зовнішнім навантаженням і значно перевищують значення інших нормальних напружень ог, ае. Напруження as можуть призводити до утворення тріщин та руйнування самого меніска. Найбільших значень, при заданому навантаженні, as набувають у зеніті меніска на поверхні h-(s) - as « 6,0 МПа. Це становить близько 60% від інтенсивності

навантаження.

Інша схема навантаження та розрахункова схема меніска приведені на рис. 2. Зосереджене навантаження моделюється несиметричною радіальною рівномірно розподіленою силою qr = 5,1МПа. Подібна схема навантаження меніска може виникати під час його експлуатації.

Для меніска з несиметричним навантаженням був отриманий вектор переміщень та тензор напружень. Напруження as набуває найбільших додатних значень на протилежній боковій поверхні до поверхні прикладення навантаження, в області прикладення зовнішнього навантаження (рис. 2).

Рис. 2. Розрахункова схема меніска та ізолінії напруження as з несиметричним навантаженням

Размещено на Allbest.ru/