CC BY
56
УДК 675.017:620.172.242
UDC 675.017:620.172.242
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ РЫБЬИХ КОЖ
Соколовский Алексей Ратмирович к. т. н., доцент
Соколовская Ирина Юрьевна к. т. н., доцент
Новосибирский технологический институт Московского государственного университета дизайна и технологии, Россия
Приведены результаты исследований прочностных свойств рыбьих кож из шкур карпа на различных этапах обработки и их изменение в процессе обработки. Показана возможность применения тензорного уравнения для описания анизотропии прочности и предельных деформаций кож из шкур карпа
Ключевые слова: РЫБЬЯ КОЖА, ПРОЧНОСТЬ, ПРЕДЕЛЬНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
INVESTIGATION OF STRENGTH CHARACTERISTICS FOR FISH LEATHER
Sokolovsky Aleksey Ratmirovich Cand.Tech.Sci., assistant professor
Sokolovskaya Irina Yrevna Cand.Tech.Sci., assistant professor
Novosibirsk Technological Institute, a branch of Moscow State University Design and Technology, Novosibirsk, Russia
The results of the strength characteristics research for carp fish leather at different processing stages and the change of these characteristics during the process are presented. Possibility for the tensor equation the use is showed for the value both of the toughness and limited strains of fish leather with load direction
KEYWORDS: FISH LEATHER, TOUGHNESS, LIMITED STRAIN
В настоящее время появляется возможность возрождения старых технологий переработки различных нетрадиционных видов сырья на качественно новом уровне. Проведение исследований в кожевенной промышленности позволили разработать новые методики промышленных технологий выделки кож из шкур промысловых рыб [1,2]. Полученные кожи отличаются своими декоративными свойствами и находят применение при изготовлении и отделке кожгалантерейных изделий и обуви [2,3].
Анализ строения рыбьих шкур показывает, что они состоят из нескольких слоев, которые имеют различную структуру. После удаления чешуи лицевой слой шкур имеет строго ориентированные карманы, поэтому срединная плоскость в поперечном и продольном направлении не является плоскостью структурной симметрии. В связи с этим при исследовании прочности шкур было сделано два допущения, справедливость которых обоснована предыдущими исследованиями [4, 5]:
- кожевая ткань рассматривается как материал с ортогональноанизотропными свойствами;
- кожевая ткань в плоскости шкуры имеет инверсию прочности.
Для описания анизотропии прочностных свойств рыбьих шкур был применен тензорно-полиномиальный критерий прочности четвертой степени. Известно [6], что для плоской задачи с учетом принятых допущений аппроксимирующие тензорные уравнения предельных напряжений и деформаций для материала с ортогонально-анизотропными свойствами имеют вид:
Огуу (а) = (^2222(0, а) • С084( а) + 2 • p22ll(а, а) • вт2(а) • сов2(а) +
где p2222(а, а), P2211(s, а), pl111( о, а) - величины тензоров поверхности предельных напряжений;
^2222(е,а) , s2211(£, а), s1111( е, а) - величины тензоров поверхности предельных деформаций;
а - угол между осью симметрии материала и направлением растяжения;
+а) • 8Ш4( а))-0,5, (а) = (&^( е, а) • сов4(а) + 2 • х^е, а) • вт2(а) • сов2( а) + +5пп(е, а) • 8т4( а)) -0,5,
(1)
(2)
(3)
(4)
а г 22(00), а г 11(900) и а гуу (450) - предельные напряжения
соответственно вдоль хребтовой линии, поперек и под углом 450 ;
е г 22(00), е г11(900) и е гуу (450) - предельные деформации
соответственно вдоль хребтовой линии, поперек и под углом 450 .
Образцы для испытаний в виде двусторонней лопатки с базовой
длинной 25 мм вырубались в направлении параллельном и
перпендикулярном хребтовой линии, а также под углами 30°, 450 и 600. За
нулевое направление условно было принято направление вдоль хребтовой
линии. Определение разрушающих напряжений проводились при
растяжении образцов на разрывной машине при скорости деформирования
0,007с-1. Предел прочности и величина предельных деформаций в
зависимости от направления растяжения определялись по формулам:
^ I
@ е = 1п— (5)
огг ^ , а гг 1 ? (5)
^огг 0
где ^ - экспериментально определенная нагрузка при разрушении,
Н;
Saгг - площадь поперечного сечения образца перед испытанием, м2;
10 - базовая длина образца, мм;
I - предельная длина образца, мм.
В процессе проведения эксперимента фиксировались нагрузки, при которых наступает разрушение образца. По результатам экспериментов были построены диаграммы предельных напряжений (рисунок 1) и деформаций (рисунок 2).
Рисунок 1 Предельные напряжения в шкуре карпа, МПа
Рисунок 2 Предельные деформации в шкуре карпа
Справедливость принятых допущений оценивалась по отклонению 11 экспериментальных и расчетных значений предела прочности образцов, вырубленных под углом 300:
1 = I Уагг (экс)~ Уагг (рас) I , 100%
' Уагг (экс) ’
где уагг (экс) - значение предельных напряжений и деформаций
при разрыве образца определяемое экспериментально;
Уагг (рас) - расчетное значение предельных напряжений и
деформаций при разрыве образца.
Полученные значения отклонений приведены в таблице 1.
Таблица 1 Оценка отклонений экспериментальных и расчетных значений
У агг (экс ) Уагг (рас ) 1 %
Предельные деформации при а = 300 0,479 0,528 10,2
Предельные напряжения при а = 300, МПа 7,250 8,430 16,3
Таким образом, тензорное уравнение достаточно точно описывает распределение предельных напряжений и деформаций, что позволяет использовать данный критерий прочности при рассмотрении изменения прочности на различных этапах обработки рыбьих шкур.
Анализ результатов показывает, что наименьшие предельные напряжения возникают вдоль хребта рыбьей шкуры, а наименьшие предельные деформации в поперечном направлении. Такое распределение прочностных свойств отличается от распределения прочностных свойств в шкурах наземных животных.
Так как технологическая схема производства рыбьих кож остается практически традиционной, то в процессе выделки шкуры подвергаются
сильным деформационным воздействиям (особенно на механических операциях) в различных направлениях, при этом возникающие напряжения могут превысить предел прочности полуфабриката на данной стадии обработки. В связи с этим учет прочностных свойств приобретает важное значение при назначениях технологических параметров проведения операций и разработке технических требований на проектирование оборудования.
Исследования изменения прочностных свойств кож из шкур карпа при механических операциях тяжки-мягчения проводились в лабораторных условиях. Операция тяжки-мягчения выполнялась вручную. Качество операций оценивалось органолептическим методом. По результатам экспериментов были построены диаграммы предельных напряжений (рисунок 3) и деформаций (рисунок 4). Полученные при этом значения отклонений 11 приведены в таблице 2.
Рисунок 3 Распределение предельных напряжений: 1 - до, 2 - после http://ei.kubagro.ru/2010/08/pdf/28.pdf
технологической операции «тяжка-мягчение»
Рисунок 4 Распределение предельных деформаций: 1 - до, 2 - после технологической операции «тяжка-мягчение»
Таблица 2 Оценка отклонений экспериментальных и расчетных значений
Уагг ( ЭКС ) Уагг (РаС) 1 %
До проведения тяжки- мягчения Предельные деформации при а = 30° 1,06 1,058 0,2
Предельные деформации при а = 600 0,938 0,98 4,5
Предельные напряжения при а = 300, МПа 5,97 5,02 15,9
Предельные напряжения при а = 600, МПа 7,1 5,49 22,7
После проведения тяжки- мягчения Предельные деформации при а = 300 0,908 0,855 5,8
Предельные деформации при а = 600 0,862 0,814 5,6
Предельные напряжения при а = 300, МПа 14,68 14,22 3,1
Предельные напряжения при а = 600, МПа 14,2 14,71 3,6
Анализ диаграмм показывает, что в результате технологической операции тяжки-мягчения происходит упрочнение материала, при этом предельные деформации уменьшаются. Такие характеристики, по всей видимости, материал приобретает вследствие разволокнения и упорядоченности распределения структуры.
Список литературы
1. Быкова Н.А. Традиции и современность / Н.А. Быкова // Кожевенно-обувная промышленности. №7, 1995. с.24 - 25.
2. Шибанова, Г.И. О возможности получения галантерейных кож из шкур карпа / Г.И. Шибанова, Н.В. Шпак, В.А. Остапенко //Разработка новых технологических процессов, оборудования и автоматизации проектирования в легкой промышленности. Сб.науч. тр. МГАЛП. - М., 1994. с.86 - 89.
3. Кожа, пахнущая океаном /Кожевенно-обувная промышленности. № 7, 1995. с.20 - 22.
4. Соколовский А.Р., Железняков А.С. Исследование анизотропии прочностных свойств кож для низа обуви и кожгалантерейных изделий Обувь: Маркетинг конструирование технология, материалы: Межвузовский сборник научных трудов. М.: МГАЛП, 1999. с.71-74
5. Соколовский А. Р. Влияние технологических операций на прочность волокнисто-пористого биокомпозита / А.Р. Соколовский // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - №61(07). - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2010/07/pdf/07.pdf:
6. Малмейстер, А.К. Тамуж В.П., Терес Т.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. - Рига: Зинатне.1980. 572 с.
