Коливання і дисипативний розігрів в’язкопружної шаруватої призми, яка збуджується прямокутним штампом

Розрахунок задач зв’язаної термов’язкопружності в плоскій постановках для призматичних шаруватих тіл під дією зсувного гармонічного навантаження на частині поверхні. Закономірності кінетики вібророзігріву тіл з врахуванням динамічності навантаження.

Рубрика Физика и энергетика
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 28.08.2015
Размер файла 24,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. В сучасній техніці широко використовуються конструкції із в'язкопружних матеріалів, зокрема, полімерів. Одним з найбільш поширених режимів їх експлуатації і технологічної обробки є інтенсивне циклічне навантаження, яке може супроводжуватись значним розігрівом. Іноді розігрів стає лавиноподібним, що є проявом ефекту термічної нестійкості. Такий режим приводить до руйнування гумово-металевих віброізоляторів, твердопаливних двигунів, тощо. Однак, такий режим вібророзігріву забезпечує максимальну ефективність таких технологічних процесів, як ультразвукове зварювання.

Руйнування тіл починається в околі концентраторів напружень. Саме тут має місце максимальний вібророзігрів. Концентрація напружень може бути зумовлена нерегулярністю форми тіла, структурною неоднорідністю, локалізованим типом навантаження, тощо. Зокрема, при ультразвуковому зварюванні концентрація напружень і локалізований вібророзігрів виникають в околі кутових точок збуджуючого сонотрода (штампа). Суттєвий вплив на розігрів мають ефекти динамічності, зокрема резонансні коливання, які зумовлюють режим прискореного розігріву.

На практиці часто зустрічаються призматичні елементи конструкцій та об'єкти технологій, які складаються з шарів в'язкопружних і пружних матеріалів, зокрема полімерних і металевих. Їх коливання і вібророзігрів мають специфічні особливості, які досі не вивчені.

Тому актуальною проблемою є дослідження коливань і дисипативного розігріву шаруватих призматичних пружно-в'язкопружних тіл, які збуджуються на частині поверхні прямокутним штампом, з врахуванням динамічності, типу і рівня навантаження, залежності фізико-механічних характеристик матеріалу в'язкопружних шарів від температури.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є дослідження закономірностей коливань, вібророзігріву і термічної нестійкості призматичних в'язкопружних шаруватих тіл з пружними і в'язкопружними шарами, які навантажуються вібруючим штампом.

Задачі наукового дослідження. Для досягнення мети виявилося необхідним виконати такі завдання:

розв'язати чисельно нові задачі зв'язаної термов'язкопружності в плоскій і антиплоскій постановках для призматичних шаруватих тіл під дією нормального і зсувного гармонічного навантаження на частині поверхні;

дослідити закономірності кінетики вібророзігріву тіл з врахуванням динамічності, кінематичного або силового типів навантаження, армування, а також залежності фізико-механічних характеристик матеріалу від температури;

дослідити закономірності термічної нестійкості призми з врахуванням ефектів динамічності, шаруватості, типу навантаження і температурної залежності характеристик матеріалу.

1. Спрощена постановка термомеханічно зв'язаної задачі коливань і дисипативного розігріву в'язкопружних тіл при гармонічному навантаженні

Спрощення постановки досягається на основі гіпотези про осцилюючий характер механічних польових величин і усередненні - для теплових величин:

,(1)

де - кутова частота коливань; амплітудні значення механічних польових величин …. вважаються або постійними, або повільними функціями часу. Послідовне використання гіпотези (1) трансформує загальну постановку задачі зв'язаної термов'язкопружності до наближеної постановки, яка містить рівняння коливань, теплопровідності, кінематичні і визначальні співвідношення, а також рівняння для швидкості дисипації:

, ,,,

,, (2)

,

дкомплексні амплітуди компонент вектора переміщення, тензорів напружень і деформації, температура; - девіатори цих тензорів; , ; , - комплексні модулі зсуву і об'ємного стиску; -швидкість внутрішньої дисипації на одиницю об'єму; - густина; і - коефіцієнти теплопровідності і теплоємності на одиницю об'єму; - частина дисипованої енергії, яка переходить в тепло.

Рівняння (2) доповнюються граничними і початковою (для температури) умовами:

на , на ,

на (3)

при ,

де - задані функції навантаження; і - початкова температура і температура зовнішнього середовища; - коефіцієнт конвективного теплообміну.

При дослідженні термічної нестійкості рівняння теплопровідності формулюються в двох варіантах - нестаціонарному і стаціонарному в яких виділений параметр навантаження , по якому відбувається біфуркація розв'язку по типу припинення стаціонарного термічного стану тіла при гармонічному навантаженні.

Загальну постановку задачі (2)-(3) конкретизовано для шаруватої кусково-однорідної прямокутної в перерізі призми, , , яка складається з полімерних і металевих шарів. Вплив армуючих шарів на термомеханічний стан призми вивчається шляхом порівняння розв'язків трьох задач. Коливання збуджуються плоским вібруючим штампом, який діє на площадці , . Розглянуто три типи навантаження: нормальне і дотичне в площині перерізу призми (плоска деформація) і дотичне , яке діє в напрямку осі призми (антиплоска деформація).

На поверхнях призми, виключаючи площадку навантаження , приймаються такі механічні і теплові умови:

на поверхні опирання

, , , - при стисканні;

, ; , , , - при зсуві;

на верхній поверхні

, , , (5)

на бічних поверхнях ,

, , .

Початкові умови для температури:

при .

Розглядаються кінематичне і силове навантаження кожного типу на ділянці .

Для дослідження енергетичних аспектів вібророзігріву використовуються рівняння зсувної і об'ємної швидкостей дисипації , а також усередненого за період коливань потоку енергії через площадку навантаження .

На прикладі задачі про рівновагу клина визначено особливості напружено-деформованого стану в околі точок зміни граничних умов, які визначаються співвідношеннями.

В заключній частині розділу на прикладі статичної пружної задачі про вдавлювання штампу в напівпростір надано оцінку точності скінченно-елементного підходу для моделювання напруженого стану для класу задач, що розглядаються. Перехід від нескінченної області до скінченної здійснюється за допомогою розв'язку задачі Фламана-Буссінеска про зосереджену нормальну силу, який у віддаленому полі має таку ж асимптотичну поведінку, що і розв'язок задачі про штамп з тією самою інтенсивністю навантаження.

Встановлено, що в області точність апроксимації напруження не нижче 2%.

3. Чисельне моделювання коливань і вібророзігріву призми при плоскому кінематичному і силовому стисканні і зсуві, а також антиплоскому зсуві

Надано аналітичне обгрунтування спрощених силових граничних умов в рамках моделі в'язкопружної вінклерової основи. Кількісні оцінки одержані з порівняння кривих часових змін максимальної в перерізі температури , для випадку силового стискання при . Товста суцільна лінія відповідає наближеним умовам, а тонка -точним контактним умовам. Відповідними штриховими лініями показаний розв'язок квазістатичної задачі (). Отримано також добре узгодження критичних значень термічної нестійкості. Встановлено, що резонансні частоти, найближчі до частоти навантаження, для двох постановок практично не відрізняються.

Поверхневі металеві шари знижують концентрацію напружень і температури у внутрішніх полімерних шарах. Саме цей ефект зумовлює запирання енергії в режимі заданих переміщень.

Встановлено, що армування впливає на температуру в призмі під штампом через низку конкуруючих ефектів, які виникають при зростанні кількості металевих шарів в призмі при фіксованих товщині і параметрі навантаження : (1) підвищення ефективної деформації ПЕ шарів; (2) підвищення складової менш продуктивної дисипації об'ємного деформування; (3) підвищення ефективної теплопровідності і теплоємності композита. Перший фактор сприяє підвищенню температури, а другий і третій - її зниженню. Третій фактор є визначальним, якщо характерний час розігріву менший за час вирівнювання температури в призмі під штампом. Встановлено, що для задачі 3 тепловідведення по металевим шарам є суттєвим при , а при розігрів є практично адіабатичним.

Силове стискання ПЕ призми штампом досліджується при . Часові залежності максимальної температури на відміну від кінематичного навантаження демонструють ефект прискореного розігріву.

Висновки

термов'язкопружність призматичний вібророзігрів зсувний

На основі розвинутої методики чисельного моделювання розв'язано актуальну наукову задачу про коливання і вібророзігрів шаруватої в'язкопружної призми, яка збуджується плоским штампом. В результаті проведених в дисертаційній роботі досліджень розв'язано ряд нових зв'язаних задач термов'язкопружності, і отримано нові дані про вплив структурної неоднорідності, умов контактної взаємодії, динамічності, типу навантаження, типу матеріалу в'язкопружних шарів і залежності фізико-механічних характеристик матеріалів від температури на коливання, кінетику вібророзігріву і термічну нестійкість шаруватої призми. Основні наукові результати полягають в наступному:

З використанням скінченно-елементної методики розв'язано нові динамічні задачі про коливання і вібророзігрів прямокутної призми, яка складається з в'язкопружних і пружних шарів і збуджується вібруючим прямокутним штампом. Розглянуто випадки нормального і тангенціального (зсувного) навантаження в площині призми, а також зсувного антиплоского навантаження. Досліджено кінематичне і силове навантаження кожного типу.

При кінематичному стисканні і зсуві виявлено ефект термічного запирання енергії, який обмежує її закачування в процесі розігріву. Цей результат є суттєвим для теоретичного визначення граничних товщин виробів, які можуть бути з'єднані за допомогою ультразвукового зварювання.

При навантаженні стискання наявність металевих шарів приводить до зміни в процесі розігріву зсувного механізму дисипації на об'ємний.

Виявлено і досліджено ефект локалізації вібророзігріву в околі кутових точок штампу, а також точок зміни граничних умов на поверхні опирання, які є точками сингулярності напружень.

Встановлено, що на віддаленні від резонансів при високому рівні навантаження (адіабатичний процес), армування (введення додаткових металевих шарів ) прискорює розігрів при кінематичному навантаженні і уповільнює при силовому. При низькому рівні навантаження армування уповільнює розігрів внаслідок збільшення тепловідводу з області навантаження по металевим шарам. Поверхневі металеві шари суттєво знижують локалізацію вібророзігріву в суміжних полімерних шарах.

Встановлено, що при кінематичному навантаженні призми з шарами з частково кристалічних полімерів типу поліетилену, температурне поле досягає стаціонарного стану. При силовому навантаженні призми з цих матеріалів, а також призми з аморфних полімерів типу ПММА, можливі режими прискореного розігріву, характерні для термічної нестійкості.

Виявлено зв'язок режимів прискореного вібророзігріву з біфуркаціями припинення стаціонарних термомеханічних станів. Встановлено два типи біфуркацій - терморезонансний і термічний. В першому випадку прискорений розігрів пов'язаний з переходом через резонанс і ефектом нелінійного резонансного гістерезису, а в другому - термічною нестійкістю.

Встановлено, що армування в усіх розглянутих задачах підвищує критичні значення параметрів навантаження при термічній нестійкості.

Вплив динамічності на швидкість розігріву і критичні значення при термічній нестійкості визначається положенням резонансних частот відносно частоти збудження. Найбільш суттєво прискорюють розігрів і зменшують критичні значення резонанси, частоти яких на кГц вище за частоту збудження.

Література

Червинко О.П., Сенченков И.К. Доля Е.В. Расчет параметров тепловой неустойчивости слоистой призмы // Теор. и прикл. механика. - 2005. - Вып. 40. - С. 63-67.

Доля Е.В. Колебания и виброразогрев пятислойной вязкоупругой призмы при антиплоском сдвиге // Теорет. и прикл. механика. - 2006. Вып. 42. - С.177-181.

Доля О.В., Червінко О.П., Сенченков І.К. Вібророзігрів шаруватої пружно-в'язкопружної прямокутної призми при високочастотному силовому навантаженні // Вісник КДУ. Сер.: фіз.-мат. наук.- 2007. - № 2. - С.54-58.

Доля Е.В., Червинко О.П., Сенченков И.К. Колебания и виброразогрев упруго-вязкоупругой прямоугольной слоистой призмы под действием вибрирующего штампа // Прикл. механика. - 2007. - 43, N 8. - C. 71-79.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Визначення навантаження на вводах в приміщеннях і по об’єктах в цілому. Розрахунок допустимих витрат напруги. Вибір кількості та потужності силових трансформаторів. Розрахунок струмів однофазного короткого замикання. Вибір вимикача навантаження.

    дипломная работа [150,2 K], добавлен 07.06.2014

  • Розрахунок електричних навантажень методом упорядкованих діаграм. Визначення сумарного навантаження по цеху в цілому. Вибір числа, потужності та розташування цехових трансформаторних підстанцій. Розрахунок навантаження однофазних електроприймачів.

    курсовая работа [390,6 K], добавлен 19.05.2014

  • Розподіл однофазних зварювальних машин між фазами. Методи визначення розрахункового навантаження за нагрівом в фазах та розрахункового піку навантаження у найбільш навантаженій фазі. Розрахунки для інших зварювальних машин. Середнє навантаження в фазах.

    задача [88,0 K], добавлен 12.07.2010

  • Характеристика "Центрального гірничо-збагачувального комбінату" (м. Кривий Ріг). Розрахунок електричного навантаження на шинах 0,4 кВ і 6 кВ. Вибір кількості та місця розташування підстанцій. Автоматизація та телемеханізація систем електропостачання.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.05.2014

  • Основні геометричні параметри монтажу проводу. Визначення зовнішнього діаметра проводу з ожеледдю. Розрахунок розподіленого навантаження від вітру та питомого навантаження від ваги проводу. Побудова графіку залежності натяжiння проводу від температури.

    курсовая работа [132,4 K], добавлен 16.01.2014

  • Деформація - зміна форми чи об’єму твердого тіла, яка викликана дією зовнішніх сил. Залишкова деформація та межа пружності. Дослідження залежності видовження зразка капронової нитки від навантаження. Визначення модуля Юнга для капрону. Закон Гука.

    лабораторная работа [80,5 K], добавлен 20.09.2008

  • Розрахунок системи електропостачання: визначення розрахункового навантаження комунально-побутових, промислових споживачів Потужність трансформаторів. Визначення річних втрат електричної енергії, компенсація реактивної потужності підстанції 35/10 кВ.

    курсовая работа [971,3 K], добавлен 22.12.2013

  • Загальні відомості про електричні апарати та їх призначення. Організація робочого місця електрослюсаря. Правила монтажу вимикачів навантаження, їх технічне обслуговування та ремонт. Техніка безпеки при роботі по такелажу устаткування й апаратури.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 18.01.2011

  • Вибір конструкції теплообмінних апаратів. Теплове навантаження теплообмінника. Коефіцієнт використання поверхні нагріву, гідравлічного тертя для ізотермічного турбулентного руху в трубах. Розрахунок теплової ізоляції. Потужність електродвигунів насосів.

    курсовая работа [133,6 K], добавлен 25.11.2014

  • Коротка характеристика цеху, опис електроприймачів та головних джерел живлення. Розрахунок навантажень методом розрахункових коефіцієнтів, освітлювальних установок, сумарного електричного навантаження всього цеху. Електропостачання мікрорайону міста.

    курсовая работа [328,1 K], добавлен 27.05.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.