ПРОЧНОСТЬ И ДЕФОРМАТИВНОСТЬ КОРРОЗИОННАСТОЙКИХ КОМБИНИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК: 624

ПРОЧНОСТ И ДЕФОРМАТИВНОСТ КОРРОЗИОННАСТОЙКИХ КОМБИНИРОВАННЫХ ОБОЛОЧЕК

Хусан Матгозиев

доцент, Ташкентский архитектурно-строителный университет,

email: [email protected]

Зайниддин Сиддиков PhD, Ферганский государственный университет

Аннотация. В данной стате рассматриваются вопросы прочности и деформативности коррозионностойких комбинированных оболочек, исползуемых в строителстве и машиностроении. Исследуются механические свойства, влияние коррозионных факторов на характеристики материалов, а также перспективы их применения. Проведенные эксперименты позволили установит оптималные условия эксплуатации и разработки новых композитных материалов с заданными свойствами.

Abstract. This article examines the issues of strength and deformability of corrosion-resistant combined shells used in construction and mechanical engineering. Mechanical properties, the influence of corrosion factors on the characteristics of materials, as well as the prospects for their application are studied. The experiments allowed us to establish optimal operating conditions and develop new composite materials with specified properties.

Annotatsiya. Ushbu maqolada qurilish va mashinasozlikda ishlatiladigan korroziyaga chidamli kombinatsiyalangan qobiqlarning mustahkamligi va deformatsiyalanishi muhokama qilinadi. Mexanik xususiyatlar, korroziya omillarining materiallarning xususiyatlariga ta'siri, shuningdek, ularni qo'llash istiqbollari o'rganiladi. O'tkazilgan tajribalar optimal ish sharoitlarini yaratish va belgilangan xususiyatlarga ega yangi kompozit materiallarni ishlab chiqish imkonini berdi.

Ключевые слова: коррозионностойкие материалы, комбинированные оболочки, прочност, деформативност, композитные материалы, эксплуатaционные характеристики.

Keywords: Corrosion-resistant materials, combined shells, strength, deformability, composite materials, performance characteristics.

Kalit so'zlar: Korroziyaga chidamli materiallar, birlashtirilgan qobiqlar, mustahkamlik, deformatsiyalanish, kompozit materiallar, ishlash ko'rsatkichlari.

Введение

Коррозионные повреждения конструкций представляют собой серезную проблему в строителстве и эксплуатaции различных объектов. В свяьи с ухудшением состояния окружающей среды и увеличением числа агрессивных сред, которые воздействуют на строителные материалы, возникает необходимост в разработке новых коррозионностойких комбинированных оболочек. Эти оболочки должны обладат высокой прочностю и деформативностю, что является залогом их долговечности и надежности.

Методология

Для исследования прочностных и деформативных характеристик коррозионностойких комбинированных оболочек исползовалис методики механического тестирования, включающие статическую и динамическую нагрузку. Образцы были изготовлены на основе различных композитных материалов: стал, полиэстер и армированные волокна. Испытания проводилис в агрессивной среде с исползованием растворов кислот и солей, что моделировало реалные условия эксплуатaции.

В работе рассматриваются комбинированные коррозионностойкие оболочки состоящие из двух слоев, свяьанных между собой податлиевым тонким клеевым швом и находуащихся под действием внешних сил в коррозионных условиях. Система координат принимается согласно рис. 1. Прочност и деформативност рассматриваемых оболочек определяются при следующих допущениях:

1) толщина ортотропных слоев постоянна и оболочка работает толко в упругой стадии;

2) толщина несущего слоуа значително болше чем армируюшего (к>5) ;

3) касателные напряжения T ау, Tßy или соответствующие им деформации

I

ау, ру или соответствующие им деформации ау ,

/ Г1

Ру по толщине оболочки менуаются по заданному закону [1];

4) нормалное к срединной поверхности оболочки перемещение не зависит от координаты

у (1);

5) давление между слоуами отсутсвует (ау =0).

Рис. 1

Положим также, что между двумуа несущими и армирующими слоуами находится тонкий склеивающий слой, который работает толко на сдвиг в вертикалной плоскости. Склеивающий слой не воспринимает ни растягивающих, ни изгибных напряжений. Касателные напряжения, действующие в этом слое, передаются на несущий и армирующий слои. Закон распределения этих напряжений в слоях может быт принуат линейным так, чтобы удовлетворялис граничные условия для касателных напряжений на верхней и нижней поверхностях.

В свяьи с этим касателные напряжения имеют следуешие аналитические выражения: а) в несущем (первом)слое

, ...=Т1,<2)(аß)(1 );

б) в армирующем слое

Tay , ßy =Т1,(2) (а, ß )(-); (1)

2 h

хау,ру=Т1,(2)( ар)(1 + ^); (2)

2 5п

Принимауа во внимание принуатые гипотезы имеем:

еу=0; Иу=ш(а,р);

Деформации сдвига несущего слоуа можно записат в виде:

е ау =0,5( ^ -у2)Ф 1(а,Р)+( 0,5 + Г-) ЪЫ^, (3)

е ß =0,5(^ -y2)02(a,ß)+(0,5— f)

Глт2(а, ß)

4

h G

(i)

, (4)

Деформации сдвига армирующего onoya

е*> =(1 + УTl(a,ß),

'а v 2 ' 8' G(2)

е g =(- + ^ T2(a,ß)

1 , Yi^ 1

' ßy

2 8 G

(2) 23

(5)

(6)

В более мощном несущем слое полагаем наличие сдвигов, возникающих за счет действия поперечной силы и определенных функций:

Ф1(а,Р),Ф2 (а,р) . (7)

Здес к, 8 -толщина несущего и армирующего слоев; Фi =Ф^а,Р) - произволные искомые функции сдвига; ц =Ti (а,Р)-искомые касателные напряжения;

G¡1' , G- модули сдвигов первого и второго слоya ( 1 = 1 , 2 ; k = 3).

к к

Координаты у имеют следующие границы изменения: для первого слоya - - — < у ; для

8 8 второго - - — < у -^у;

Подставляya выражение (4.4) в формулу (3.5), запишем перемещение в первом слое

и о = (1+Ky*,,-hf +

V (1) = (1+К ,уУ,-ldW+

1 + y

К, _h

2 J 6

1 + y-

К

Ф, +

1 + y

К. |-yl 2 I 2h

1 + y-

К

G,

B dß

Аналогично для второго cnoya

yh2 ( К11 y3 ( К2^ -— 1 + y—- — — 1 + y—

+ y— — — 1 + y-8 2 6 4

Ф 2 +

(. Kl y2(. Kl

1 + y-2 2

2h

и (2) = (1+К У) ир - h—+

1 0 A1 da

( „2

1+YK.

2

j 8

1+yK

1

V(2) = (1 + Kh) Vn - Y— + 0 B1 dß

( 2 (

! УК2 1 + —

2

h.

j 8

1

3

n

GP13

1 A"

1+ y—2 3

(10)

ч .

B13 T2

(8)

(9)

G

P23

Деформация оболочки сопровождается сдвигом между слоyaми. В пределах шва сдвиг принимается постянным по высоте. Поэтому при малых деформациях можно записат (см.рис . 3.)

^ (а, Р)

^gYluik Yiuik

G

lik

А перемещение шва будет определятся выражениями

u,

u

Yi

т

1

ш13

G

u

s

ш13

v = v — У

ш / \

ш13

т

ш 23

G

— = vв — s ^

ш ш 23

ш 23

Между слoyaми двухслойной оболочки происходит сдвиг, как паказано на рис.2.

2

4

3

V

y

2

/

/

/

т

3

т

2

где

Рис.2.

ymik - угловые деформации шва;

h

иш, vm - перемещения шва (при у = - — );

&

ш-ik - относителная деформация склеивауищего шва

h,„

& =

ш1к

Gш1к

и 0, V 0 - перемещения относително срединной поверхности первого (мощного слоуа);

п п

ио , ^0 - перемещения второго (армирующего) слоуа относително срединной поверхности. А, А1, В, В1 -коэффициенты первой квадратичной формы поверхности; К1, К1, К2, К^ -кривизны координатных линий а, Р (в соответствующих слоях). Значения (рпХ и (п1 приведены в приложении.

Свяь между перемещениями первого и второго слоуа находим из условия.

и.

T1 & ш 13

= и.

v„

>=-h)

= v„

Перемещение срединной поверхности имеет вид

1 - 0,5К 1h

u0 + ^2

1 dw ( 5

___(-1 hK 1 - -L1JL Ф1 +

А, да (384 1 24J, 1

(AK1 - 3lh ( 3 + öК1 112 1 8J {8 12 1 J "

1 - 0,5K1 h

1 dw ( 5

1 1 h3

2 v0 + £2--+ 1-hK2--I — Ф2 +

0 B, dß {384 2 24J ,.2 2

2 2

В качестве примера выполнен расчет двухслойной оболочки со стеклопластиковым армирующим слоем при следующих параметрах :

-модули сдвига стеклопластика и металла О^1 = 5,5 *103 МПа, О® = 4,2,*103МПа, О^ = 0,35 *103 МПа, О(22) = О(2) = = 7.87*104 МП а

h

ö

n

y=- 2

y=+

2

y=+

2

r

0.

и

,

,

G

G

-модули упругости стеклопластика и металла Е(1) = 1,7 *104 МП а

Е(1) = 5,0 *103 МПа, Е(1) = 5,0*103 МПа, Е12) =Е22) = 2,02*105 МПа -внутренее давление q =0,1МПа;

-коэффициенты Пуассона металла и стеклопластика = /2) = 0,3 , = /21 = 0,4;

-длина оболочки £ = 30см ;

-радиусы стеклопластикового и металлического слоев (см.рис) Rn=10,5см ,Rm=10,35см ; -толщина металлического слоуа Ьт = 2,04мм ;

-толщина стеклопластикового слоya

S„ = 0,95мм •

-толщина шва Кш = 10 2см (варировалас от 0 до 1 мм).

Модули сдвига шва Gmi3, Gm23 варировалас в переделах от 1 до 5*104МПа.

Рис.3.

у Ю

по

на 1 Ь^м г1*)

Рис.4.

При расчете двухслойных ортотропных комбинированных цилиндрических оболочек с низкими двиговыми жесткостями необходим учет поперечных сдвигов и податливости клеевого шва.

Влияние клеевого слоуа сказывается существенно выше при малых его сдвиговых

характеристиках G^, К

1 ( к

У 5 *10-

см

см

\

МП а

4

С увеличением толщины слоев (к, 8, к— ) двухслойных цилиндрических оболочек влияние одатливости клеевого шва на НДС уменшается.

При болших значениях модуля сдвига шва у 500МП а

при

^ < 5*10—^ —СМ

его влияние на НДС

^ см МПа у

металлостеклопластиковых цилиндрических оболочек можно не учитыват.

Резултаты

Резултаты эксперименталного исследования показали, что комбинированные оболочки демонстрируют высокие прочностные характеристики при различных типах нагрузок. Прочност материала увеличивается с добавлением армирующих компонентов, а его деформативност остается в пределах допустимых значений. Изучение влияния коррозионных факторов показало, что оболочки сохрануают свои механические свойства в условиях коррозии значително долше, чем традиционные материалы.

Обсуждение

Полученные данные указывают на возможност применения коррозионностойких комбинированных оболочек в строителстве и других отраслях. Особенно важным является их исползование в условиях воздействия агрессивных сред. Перспективы разработки новых композитных материалов с добавлением специалных ингибиторов коррозии могут существенно увеличит срок службы конструкций.

Заключение

Коррозионностойкие комбинированные оболочки обладают высокими прочностными и деформативными характеристиками, что делает их привлекателными для широкого исползования. Необходимо продолжение исследований для оптимизации состава материалов и оценки их долговечности в различных эксплуатационных условиях.

ЛИТЕРАТУРA

1. Баранов, И.Е., & Петров, С.Б. (2020). "Современные подходы к созданию коррозионностойких материалов". Материалы и технологии, 45(3), 123-130.

2. Иванов, А.П. (2019). "Влияние агрессивных сред на прочностные характеристики материалов". ИзвестияРГГМУ, 56(4), 345-350.

3. Сидоров, В.Л. (2021). "Комбинированные материалы: свойства и применение". Научный вестник, 32(2), 77-83.

4. M.M.Miraxmedov, X.I.Yusupov, I.M.Maxamataliyev, A.T.Ilyasov, A.M.Raximov, I.N.Salimova, L.S.Yusupova, X.T.Buriyev "Qurilishni tashkil etish va rejalashtirish". Darslik. -Toshkent: "Innovatsiya-Ziyo", 2022.

5. Raximov A.M., Yusupov X.I., Xamidov X. Qurilish ishlari texnologiyasi. O'quv qo'llanma.- Toshkent : «Faylasuflar» nashriyoti, 2013. -184 bet.

6. Rahimov A.M. Himoya qoplamalarini hosil qilish texnologiyasi. O'quv qo'llanma. T.: LESSON PRESS, 2021.-100 b.