автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Несущая способность и проектирование баллонов из слоистых материалов

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ

На празах рукописи

ПЕЛАГЕНКО Андрей Петрович

УДК 539»319

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ПРОЕКТИВОВАНИЕ БАЛЛОНОВ . ИЗ СЛОИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

05..23.17 - строительная механика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

К и е,в - Г992

Работа выполнена в Институте.механики АН Украины- и в Сп0циал1ном консгрукторско-тзхнологическом бюро о опытный производством стеклопластиков Института механики АН Украины

Научный руководитель - доктор технических наук

СЕМЕШС Н.П.

Научный консультант - кандидат технических.наук

ПОЛЕВОЙ В.А.

Официальные оппоненты - докюр технических наук, професоор

ЗАРУЦКИЙ В.А. '

-кандидас технических наук, доцент . МОРЕНКО А.И.

Ведущая организация - Киевский автомобильно-дорожный институт

Защита состоится . " 3/" 1992 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 016.49.01 Института механики АН Украины (252057, Киев-57, ул.Нестерова, 3).

С диссертацией иожно ознакомиться в научной биолиотеке Института механики АН Украины

Автореферат разослав "-' ^ " . ( У_1992 г.

Ученый-секретарь специализированного совета доктор технических наук / ^

И.С.Чернышенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

дуальность темы. В настоящее время осуществляется перевод двигателей транспортных средств на сжатый природный газ. В связи с этим возникла острая необходимость в больших количествах заправочных емкостей,, в качества которых иоподь&^югся баллоны. Наиболее перспективным для этих целей является применение баллонов из многослойных композиционных волокнистых материалов ^КВМ) в комбинации с внутренней герыегичной оболочкой (ГО) из металла. Такие баллоны по сравнение с цельнометаллическими обладает меньшей кассой, безосколочным разрушением« исключают использование легирован-* ных сталей и др. Однако, несмотря на указанные прэимущества, слоистые баллоны не нашли широкого применения. .Объясняется это тем, что для обеспечения безопасной эксплуатации баллонов недостаточно изучено комплексное влияние конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на их несущую способность. Поэтому разработка эффективных методов расчета и проектирования баллонов из слоистых материалов с учетом комплексного влияния конструктивно-тбхкологически^ масатабного и эксплуатационных факторов является актуальной проблемой строительной механики.

Целью работы является разработка системы взаимоувязанных расчетов и экспериментов, обеспечивающей создание слоистых баллонов с требуемой несущей способность» и. позволяеющей учесть комплексное влияние масштабного, технологических и эксплуатационных факторов.-

Научная новизна выполненных исоледований заключается в следу вщих основных положениях:

1. Разработан уточненный инженерный метод определения несущей способности баллонов с учетом технологических напряжений в слоях, характера их распределения, краевого эффекта и упруго-пластического деформирования металлического слоя и выполнена его экспериментальная проверка на модели баллона.

2. Уточнен метод расчем намоточных напряжений в слоях баллона, позволивший получать формулы для расчета программной намотки с целью достижения необходимого напряженного состояния в металлическом слое.

3. Разработан экспериментальный метод определения механических характеристик материалов в слоях баллонов и оценки его несущей

способности с учетом технологических и масштабного факторов.

4. Разработан метод проектировочного расчега баллонов с заданной ыалоцикловой прочностью и учетом условий эксплуатации.

5. Получены экспериментальные данные о влиянии параметров конструктивно-технологического исполнения на эффективность баллонов по результатам испытаний шести типов баллонов.

Достоверность полученных результатов работы подтверждается данижш испытаний на прочность различных типов комбинированных баллонов из различных КВН» выполненных по утвержденным в установленном порядке методикам испытаний сосудов высокого давления.

Практическая ценность работы состоим в той, что исследования проводились в соответствии с техническими заданиями при выполнении хозяйственных договоров СКТБ 1Шех АН Украины. Результаты, полученные в работе, были использованы при разработке методик прочностных и проектировочных расчетов, а также серийных технических условий ТУ88 УССР 168.001-90 л ТУ88 УССР 168.002-90 на комбинированные баллоны. Они также (результаты работы) легли в основу исследовательских работ в СКГБ ЙМех Ан Украины по дальнейшей разработка конструкций баллонов. Исследования (расчеты и эксперименты) в полной объеые выполнены для баллонов с герметичной оболочкой из ста. . 08Г2СФБ и стали 08HI с Ш на основа стеклонити типа БС-6, стеклоровинга PBMHIQ-I260 и базальгоровинга РБ9-300.

Апробация работы: Отдельные положения и результаты диссертации были долокени и одобрены на семинарах научно-технического совета СК1Б Института ыехавики АН Украины (председатель канд.техн. нау*. В.А.Полевой, Киев, 198^1990), на семинаре отдела "Механика композитных сред" ИНех АН Украины (руководитель доктор физ.-мат. наук, профессор И.О.Бабич, Киев, 1989), научно« семинаре "Геометрические аспекты проектирования, технологии изготовления, деформирования и разрушения элементов конструкций из композиционных материалов" б 1Ш0 иа.К.Э.Циолковского (руководитель доктор техн. наук, профессор Г. П. Зайца в, Москва, 1989). Результаты проведенных исследований вошли в состав НИР, выполненной ИМех АН Украины по теме l£ OI8SOI272I2 "Разработка методов расчета, проектирования и изготовления «зталлоптастиковых оболочек высокого и среднего Давления для транспортировки природного газа".

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в пяти научных стагьях и защищены тремя авторскими свидетельствами.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и прилокения. Она изложена на 182 е., содержит 119 о. основного текста, 73 рисунка на 59 о. 12 га блиц на 6 е., список литературы из 102 наименований, прилонение на 2 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ PAEQU

Во введении обосновывается актуально ось темы диссертации, определены специфические особенности баллонов для Народного хозяйства, формулируется цель рабом, основные положения, выносимые иа защиту, дано краткое описание содержания четырех глав работы, а также сведения о практическом использования ее результатов, их -апробации и публикациях.

В первой главе выполнен обзор и анализ работ, посвященных методам расчетов составных слоистых: оболочек, состоящих из анизотропных упругих и изотропных упруго-пластичиых слоев. Особое внимание уделялось тем работам, з которых разрабатывались методы определения напряавнно-дефорикрованного и предельного состояния слоистых баллонов, рассматривались методы их проектирование, а также работам, в которых исследовалось влияние коаструктивно-технологи-ческих особенностей на прочностные свойства баллонов и композиционных материалов.

Основополагающий вклад в рассматриваемую область исследований внесли Амбарцуцян G.A., Амельянчик A.B., Бидерман В.Л., Биргер H.A., Благонадежна В.В., Болотин В.В., Бривманис Р.Э., Булаве Ф.Я., Бу-иаков В.А., Ванин Г.А., Василенко А.Т., Васильев В.В., Власов В.З., Григолюк Э.И., Григорзнко Я.Н., Гузь А.Н., Елпатьевский А.Н., Зайцев Г.П., Заруцний В.А., Зиновьев H.A., Ильюшин A.A., Королев В.Н., Лавровский С.К., ЛехницкиЙ С.Г., Ляв А., Малиниа H.H., Малыайсгер А.К., Маргетсоа Д., Москвитин В.В., Новожилов В.В., Образцов Н.Ф., Портнов Г.Г., Протасов В.Д., Работнов ¡D.H., Рассказов А.О., Рогинский СЛ., Росато Д.В., Скудра A.M., Тарнополь-ский D.M., Хорошун Л.П., Черевацкий С.Б., Черньшевко И.С., Шевченко Ю.Н. и другие авторы.

Приведенный в работе обзор литературы позволяв! сделать вывод о том, что накоплен большой опыт по методам расчета на прочность и проёктирования намоточных оболочек из КВМ. Однако извесг-

ныв инженерные ыбгоды определения несуцей способности (разрушающего внутреннего давления) баллонов не позволяют учесть комплексное влияние таких технологических факторов как технологические напряжения в слоях и характер их распределеаия по образующей оболочки, а также у пру го пластическое деформирование иеталличоского слоя и краевой эффект в районах стыков цилиндра с днищами. Использование ко универсальных расчетных методик малопродуктивно, гак как при учете вышеперечисленных обстоятельств возрастает их громоздкость. В то ре время влияние конструктивно-технологических особенностей баллонов необходимо учесть на этапе разработки конструкции, когда требуется многократное повторение расчетов. В связи с э?им сделан вывод о необходимости разработки уточненной инженерной методики расчета несущей способности баллонов, которая бы позволила в достаточной мере учесть их конструктивно-техволо-гические особенности, была бы сравнительно простой и надежной для того, чтобы использовать ее на этапе проектирования.

Известные методики проектировочных расчетов баллонов не позволяют определить соотношения толщин металлического слоя и слоев композита, не учитывает влияние эксплуатационных факторов (ресурс, коррозионный износ, атмосферные воздействия). В процессе проектирования по условиям нагруаеаия определяется форма меридиана и схема намотки безмоиентной оболочки вращения минимального веса, при этой считается, что толщина металлического слоя задана. Бал-доны, применяемые в народной хозяйстве, икают, как правило, форму цилиндра, сопряженного с днищами. Безмоиентность цилиндрической оболочки в местах сопряжения с днищами обеспечить практически невозможно из-за наличия сварочных швов, несоответствия геометрии цилиндра и днища оболочки. Механические характеристики слоев КВМ зависят от начальных напряжений в слоях, от процесса изготовления изделия. В силу этого сделав вывод о необходимости разработки методики проектирования, позволяющей учес» зти обстоятельства.

Сделав также вывод о необходимости разработки экспериментальных методов, позволяющих установи» соответствие механических характеристик Ш в реальных изделиях характеристикам, закладываемым в расчеты. Обычно они определяются на стандартных кольцевых образцах без учета влияния технологических и иасятабного факторов.

Для осуществления поставленной целя был проделав анализ известных конструкций комбинированных баллонов по конструктивно-технологическим признакам я сделан вывод, что наиболее реальной

в настоящее время конструкцией для реиения проблемы баллона является конструкция из металлической сварной оболочки в сочетании с продольно-поперечной намоткой (ПИН) как наиболее технологичной. Были проведены экспериментальные исследования влияния конструктивно-технологического исполнения на несущую способность и эффективность таких баллонов с внутренним диаметром 212 мм и вместимостью 30.Ю"3 и3. Определялась несущая способность баллонов Кг I к й 2 с герметичной оболочкой из стали 08Г2СФБ, упрочненной термообработкой и кольцевой намоткой КЕМ толщиной . к™ на основе базалморовинга РБ9-300 и эпоксидного связующего. На баллоне й 2 были выполнены усиления кольцевой намоткой в районе днищ (общая ■ толщина - 6,3 мм). Толщина металлического слоя на всех баллонах равнялась 3,5 мм. Были испытаны также четыре баллона без упрочнения герметичной оболочки термообработкой, с.продольно-поперотной Намоткой-. Баллон № 3 - с. кольцевыми слоями, разделенными пополам продольным слоен , баллон № 4 - с внутренними кольцевыми

стояуи,. баллон й 5-- с .гнугренними .кольцевали, слоями, усилениями кольцевого слоя в районе днищ (6,2 мм) я послойным отверждением композита.-Результаты исследований даны в таблице I, Наибольший коэффициент весового совераенства К&с ■ твл баллон 6. Были изготовлены также-баллоны &.3 и й которые испытывались пульсирующим давлением от 2 Ша до '20 Ша. Баллон й 3 выдержал 18000 циклов, а-баллон № Ц- - 25000 циклов. Коэффициенты эффективности этих баллонов, определенные по формуле

КЭ = Роа*Р \/А//&С - Кдс. '/У/с }

где Ррцр - разрушающее давление; V - вместимость; & -вас; /V - число циклов-до разрушения; С - себестоимость, составили, соответственно, 1420 кн.цикл/руб. и 2282 км.цикл/руб.

.Были проведены исследования влияния толщины днища на несущи, способность и малоцикловую прочность на баллонах й 3. Установлено, что о увеличением толщины.днища от 3.ми до 6,5 мм (относительно толщины цилиндра баллона от 0,9 до ".1,9) несущая способность увеличилась с 48 Ша до 59 МПа.и малоцикловая прочность увеличилась с 4200 циклов, до 39.105 циклов. Дальнейшее увеличение толщины днища прироста прочности не дает.

s

Таблица I

п/п j hx, нм | ht | C,H \ j#a£,f(n

I - 4,6 - - 22 h 45 6,02

2 А,6/6,5 - 228 56 7,63

3 3,3 2,3 4,2 265 53 6

4 5,3 0,3 4,2 265 53 6,67

5 5,3 0,3 4,2 265 65 ' 7,38

6 4,5/6,2 0,3 4,2 268 72 8,49

По резулматан анализа известных конструкций баллонов и экспериментальных исследований были выработаны конструкторские решения,, позволяющие удовлетворить требованиям, предъявляемый в баллонам. .

Во второй главе полуяены ре куррв г ныв-формулы для расчега намоточных напряжений в слоях баллона,. обобщающие известные системы уравнений процесса намотки, предложенные Д.Маргеароном и р.В.Васильевым

<v = <С - 4,>дгx^pj . - ¿«^ +

SA. у

где ¿и,«.* ¿49,к напряжение в обечайке, напряжение в 1-х.....(уже намотанных) слоях композита и напряжение в накатываемой ленте композита в процессе намотки, слоя К - -

напряжедив в обечайке и в намотанных слоях компоаи-*а, подученные в процесса намотки предыдущего олоя, £ - толщина сдоя композита*-А» толщина обечайки, - модуль разгрузки, нахаркала волокна композита, Е, - модуль упругости материала обечайки.

Чтобы получить в металлическом слое напряжение [¿/Зенпосле намотки П слоев и равномерные по толщине растягивающие напряжения в КВМ, напряжение в ленте при анмотке первого слоя должно определяться из'формулы

4г г

(3)

.а при намотке последующих слоев - меняться по закону

С')

Расчет напряжений и деформаций проводился на ЭВМ по программе -"МОТ". Экспериментальная проверка выполнялась на трех типах ободочек, из стали к алюминия-для 4рех типов армирующих волокон. На рис.1 дано графическое отображение результатов исследований.

Зависимость деформаций в цеталгшческой обечайке от

количества намотанных слоев (- теория,-

--- эксперимент) при постоянном напряжении в

ленте ¿„к. I - для алюминия АДООМ (1,6 мм), стеклонити Б06-34x1x2, = 14? КПа; 2 - для стали 081Ш (2 ми), стеклоровинга РВМН-1260, ¿10 - 205 МПа; 3 - для стали 08Г2С<$В (3,5 им), базальтосовинга РБ9-300, С<9 = 242 МПа; 4 - для стали С8КЛ (2 мм), стеклоровинга РВМН-1260, = 472 Мпа

Далае.теоретически исследовано влияние начального плоского напряженного состояния в слоях баллона на его несущую .способность. Выведена формула для определения значения внутреннего давления, при котором заканчивается разгрузка в металлическом слое..Полутень' формулы'для определения-начала пластической деформации в . ивт&плтескои сл<в сучетом начальных технологических напряжений.

Далее исследовалось напрягенно-деформированкое состояние . внутренних герметичных оболочек .с пдоскщ.недеформируеиым. днищем и с эллиптическим.днищен,. толщина которого в 1,8-раза больше, .чем толщина цилиндрической части при нагругеник в процессе наыатки.и внутренний давлением до 1С Ша. Использовался метод расчета со-ставнюс тонких упругих оболочек, изложенный .в работах Новожилова Б.В. Проведено сравнение расчетных-данных, полученных на ЭВМ по программе ."ЮЛКА" с экспериментальными,-применительно к подели герметичной оболочки, в комрой-вместо одного.из днищ-был приЕарен жесткий фланец с-гермоузлом» Через рзрмоузел проходили-провода к тензорэзисторам, наклеенный.парад сваркой оболочки на. ее внутреннюю поверхность. Сделан вывод, что характер деформирования обейчайки в районе.утолщенного в <1,8. раза) эллиптического ^нища идентичен характеру, деформирования обечайки в.районе кест- " кого фланца. Различие по максимальным значениям деформаций не превышало 8/а..............

В третьей главе описывается .методика, определения .напряженно-деформированного . состояния баллона и его несудей-способности.-Баллон рассмаадааетсякак длинная слоистая цилиндрическая обо-. лочка, заделанная в плоские ведеформированные днища, состоящая из внутреннего изотропного слоя и наружных анизотропных слоев. При этом полагается, что в слоях ободочки имеется самоуравнове-ценная система начальных напряжений, некоторым образом распределенных по образующей , } (определение -характера распределения описано в главе второй). Разрушение оболочки происходит в том. случае,. когда в какои-либо слое композита деформация вдоль волоков будот равна, разрушающей деформации . вдоль волокон для данного типа композита. Это условие является критериев: исчерпания несущей, способности баллона. .:... ..

В основу, методики расчета несущей-.способности баллона положены уравнения теории анизотропных слоистых оболочек, выведенные на основании гипотезы пряных нормалей для всего пакета в целок.

£ля волокнистых, слоев предполагаются справедливыми соотношения обобщенного закона Гука, а для металлического - теории упруго-пластических деформаций. .

. Расчет выполнялся для ряда сечений о заданным, шагом . В.каждом, сечении напряжения от давления {¿l? , бур} алгебраи- ' чески суммируются с начальными напряжениями в слоях. Если интенсивность напряжений в металлическом, слов. превышает предел пластичности 6"г , то переменные пйрамегры упругости Еит, определяются по диагратее деформирования образца металла методом. последовательных приближений.с шагом . По дапряаениям в слоях определяются деформации в каждом слое/^. t Рассматривается поэтапный процесс нагруаения с заданным шагом йР . в случао достижения в каком-либо, слое деформацией поперек волокон предельного заачения.упругие .характеристики.в этом направлении для следующего вага нагруиения приравнивались нулю- Расчет напряжений и деформаций производился' на ЭВМ по программе „ OSOL", .

С целью экспериментальной проверки разработанной методики расчета напряженно-деформированного состояния была изготовлена модель-баллона,-описанная во. второй главе. На металлическую оболочку были намотаны-слои композита на основе базальтового ровинга PE9-3CQ и связущэго холодного отверждения на основе эпоксидной смолы ЭД-20...

.. Сравнение результатов расчетов % экспериментов показало, что краевой эффект, уменьшает несущуо способность, бал лона-на 12,3, что характер деформирования обечайка-в районе утолщенного днища практически идентичен, характеру. деформирования эе в районе веса-, кого фланца на внутренних и наружных поверхностях модели. Расхон-дение по максимальным значениям деформаций составляет не. более 8%. Экспериментальная проверка'результатов расчетной оценки несущей ■ способности осуществлялась.также на баллонах с.металлической внутренней герметичной оболочкой, имеющей утолщенное, эллиптическое днище, с продольно-поперечной намоткой и с кольцевыми слоями, деленными пополам продольной намоткой. Было испытано шесть баллонов с намоткой на основе стеклоткани БСб-34х1х2 и' ..пять баллонов на основе сгеклоровинга PBMB-I-I260, Результаты испытаний показали,- что ни один из испытанных баллонов не разрушился при давлении, меньшей минимального расчетного давления. Таким.образом, сделан вывод, что разработанный метод позволяет надежно оценить нижнее

значение, несущей способности комбинированных'баллонов. •

В четвертой главе представлена методика-проектировочного расчета баллонов с учетом малоцикловой прочности, эксплуатационных факторов..-

В.предлагаемой методике проектировочного расчета баллона считается, что форма баллайа (цилиндр) и. тип.намотки (ППН). заданы. Требуется определить соотношение м&хду толщинами слоя металла hr кольцевого слоя fiM и продольного .слоя Р)цр для обеспечения заданного числа циклов до разрушения. /V и долговечности Т .

Задаются: PpaS . - рабочее давление, П - запас прочности ( PpaSp xPfiaS-flOi G - вес,- ¡2 -.внутренний радиус, I - длина, Ттп . и . Tmax - диапазон рабочих температур,

-.число, циклов до разрушения.-

1. Определяется толщина днища hg по.расчетным формулам ГОСТ 14249-80, при этом попгается, что слой .Ш упрочняет, днище до Ъ%. Затем,. исходя из полученного значения fig удельного веса и геометрии днища определяется его вес. Вес ц?"иыдра определится.по формуле

(5)

2. Задается ряд значений толщин металла hH , согласованный о сортаментами.ipyб или листов.

3. Определяется расчетная толщина металлического слоя

, (б)

где Cj - коэффициент, учитывающий добавку на коррозию; Сг -добавка на минусовый допуск.

4. Рассчитывается я he по формулам, вытекающим из уравнений'безиокенгной теории оболочек

L _ Pprt-ft fi __ £*h* (7)

пр~ гЕпр(<-«,)£** '

i - h» . ЕЛ-ьи» ' (8)

где К&. - коэффициент, учитывающий снижение прочности КЕМ от воздействия атмосферных условий.( Ка = 0,2 + 0,3);

У./- <»

{ и £ определяются по диаграмме одноосного растяжения образца металла герметичной оболочки. {&.£}. Определяется также вес цилиндра баллона

¿[Л^Мк+ЬкШ+ЬнМк*},^ сю)

5. Для какдой комбинации толщин выполняется упругопластичес-сий расчет цилиндра баллона по .методике, разработанной в' работах *асш1ьева В.В. при нагруяении циклическим давлением Рц , опреде-1яешм исходя из Рра$ и перепада температур от 293°К до Ттвх

[ли Тт/п при изохорическом процессе. Толщина металлического яоя берется без добавки на коррозию

А(и)

ходе расчета определяются £1 )£г г£г , , £

6. Определяется расчетное число циклов до разрушения етодике В.П.Когаева, Н.АЛахутова, А.П.Гусенкова.

Для жесткого нагрукения

С-

для мягкого нагрукения .

С' {/ш* - ¿,/ен* т

Де

(и)

£г= % К* ■ • ¿С ■ }

^'""(¿¡/¿т) ^, ^ ¿¡'/¿г &';

г.

* бг

- теоретический коэффициент концентрации напрягсений,-Кур.-коэффициент, учитывающий б::мпние краевого эффекта, Л -.коэффициент асимметрии цикла (Л «О для пульсирующего цикла).

Расчетное ^разрушающее число циклов определяется как меньшее из Ма* и

7. Определяются комбинации толщин слоев, для которых выпо; няегся.условие и /¡/^ И/,

8. Для каядой из выделенных комбинаций толщин .производите расчет циклической прочности баллона аа основе гипотезы линейш суммирования гак, чтсбы учитывалось ежегодное уменьшение < коррозии-и сникение прочности КБМ. Расчет проводится по шт.5,6 для каждой из выделенных комбинаций толщин. При этом

, I т. (15)

Модули' упругости уынояаюгся на коэффициент

* г

„р

По полученным значениям Щ проверяется циклическая прочносг по условию

1 комбинация Иц I » для которой •2,' удовлет-

эряет уравнению (17),долина быть принята для разработки баллона.

9. Для принятых значений толщины Ьм, 4л?, Ак определяет-и .число циклов до .азрушения в условиях эксперимента Л""* по п.5,6. Расчет проводится для толщин металла с учетом минусового эпуска и без учета, то есть

4?= *« Сг) ; Сг ). (18)

Снижение механических характеристик композита в процессе кспэримента учитывается коэффициентом

де Еко - модуль упругости образца, вырезанного из кольцевого лоя баллона, прошедшего циклические испытания.

В пределах расчетных значений /^'будет.находиться значение азрушающего числа циклов М9"*"' , полученного экспериментально, ля этих же значений определяется и значение разрушающего

авлеяия, в пределах которых должно быть давление, определенное кспериментально.

Для экспериментального определения с учетом технологии. зготовления и масштабного фактора предложен уегод определения их ензометрированив!/ комбинированных кольцевых элементов, изготов-енныхна обечайках реальных баллонов и по.технологии, совпадающей технологией изготовления реальных.баллонов. Нагруяение комбини-ованных кольцевых элементов производится известным способом путей жатия резины внутри кольца в приспособлении на прессе. Результаты кспериментов показали, что по сравнению с данными, полученными радиционным методой У01 , значения механических характеристик омпозита уш>еньпаются до 20/&, £*р определяется из образцов, выданных из продольного слоя баллона. Значение механических харак-еристик при этом уменьшается до 50%. Предложен также метод оцен-я несущей способности баллона по результатам оценки несущей спо-юбности кольцевых комбинированных колец.

На основании разработанных методов проектировочных расчетов, 1асчета технологических параметров наиотки, расчета несущей способ-

ноем кокСикированного баляона, а' гаккз экспериментальных катод проверки механических характеристик композитов и полученных рас четных технологических и прочностных данных на комбинированных кольцевых элементах, разработана система проектирования ряда ко. сгруктивно-гехнологических-типов баллонов, схема, которой показа: нас рис.2. Данная система пез'воляет осуществить автоматизирована проектирование, экспериментальную проверку всех исходных и расчетных данных, сократить время разработки-балло.на.

Б таблицах. 2*5 представлены.результаты применения системы : проектированию двух типов баллонов с КВМ на. основе с.теклоровинп ВВМНЮ-1260. Баллон 2 выполнен с усилениями кольцевыми слоями в районе днищ.

■ Таблица 2 . .

РраЪ [ И | Тм/'л Г Ттсц\ I/ г £ | \ О- \ Т \ Л/

МП а 20

2,6

К 233

333ь

м510~3 '. 50

ы 1,6

м н • 0,106 460

лет цикл 10 4000

Таблица 3

~ ~ ~Гг~ Т Сталь ! ! 08Р2СФБ !Ш£ ! ¿т Ша <ов 1 МПа | 'МПа ! м ! ^ ■1 % \ ! ' I С4 ! Сг 1МТг~ \ (м . |н/м3

1,9Ю5 380 550 220. 0,2 6 9-, 8 1,6 0,1 10 7,810'

| \ На \ Уи \ Кф | ¿"к Г £ко ~ МПа ' т вод Т [н/м3 '[ [н7м7 ~ Г """ ~

Стекло-пластик

Ша

вод

Ша

5,2Г0Гз7б4ЛП? 0,023 0?3 ~зТ104~17г~ "г7210¥ 3,8.10^

Таблица 4

Мм ¡в

I Ьпр I

и. Ю"5| м Л0=3~{ м. Г0"3~{"

" ~ЛГР~\ р

/У/»«г ! ГР«8Р ! ГР*ЗР

- - ■— I" — — —I"4 - ~

цикл МПа ; МПа

цикл

!

5,5 5,3 2,9 0,998 32000 48521 560 610

Ъхнич&сгсое 5a.dQ.nua, исходные данные. Р, Vß, Ц, &

P,U,G 1

P,Rfi I f-

З.ШКААШ конструктивных параметров ûôemÛKU F" F" рт

Н, hfl, ht1

£ „ PRO В KT" Onpe.de/ie ни а Конструктиё-шк napam.m-pos aSevaûfcu

hnp, GOJ0,¡'K

— Ц,11нотовпсние ИЗ

i—!

i „BNО11 Определение. конструктивны* параметров днища

ß. 6ИНК ДАННЫХ KcxHoaoiwec-¡<ux napanzp-ровТМЛШЛ,<

â „ MOT". Определение технологических напряжена в СЛОЯХ ¿л, <¿<0 iï'Qnpeâctiz- Hu£ fí-толщины усилит hl^hr+Lbhn

г „мотка"

Определение.

НАС aot'ídúKü

S', éso,

jü. „ОBOL"

__r j Опредгление не-\c'/t:{L'û fnocûSf/tc iш балмт/^гя,

НЭкспгрицея-тальное определение зависим.

Р'ЧЧ^Щ

"С

12 ЦЕрГЕЖ а.

---sr

JEzfhñs

КШперамехтольнве определение, мек-х

1 (¿Изготовление ц вспыпанив алыт-нык cSpowos

& Уточнения / чгрт£же.,расч& тм.ШтГАЯК-пых

ис. Z. блок-схем^ системы проектирования

баллона

Таблица 5

№ баллона Г ~ 1 Ша-! ! н**» "Г----- | цикл { ! ! С руб. ! I ■! ! ! К* км цикл руо.

Г 59,3 33256 189 1134

. 2 68,7 36354 189 . 1436

Для этих баллоно^ разработана конструкторская доедыентация и они успешно выдержали приемочные испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработан и экспериментально обоснован уточненный инхе-неоный метод определения несущей способности баллонов с.учетом технологических напряжений в слоях, характера их распределения, краевого эффекта и упруго-пластического деформирования металлического слоя.

2. Усовершенствован и экспериментально обоснован метод расчета намоточных напряжений в слоях баллона, позволивший получи» формуля для расчета программной намотки с целью достижения неос ходимого напряженного состояния в металлическом слое.

5. Разработан экспериментальный метод определения механических характеристик материалов в слоях баллона и оценки его несущей способности с учетом технологических и масштабного факторо Экспериментально определены оптимальные технологические параметр для герметичных оболочек из стали 08Г2СФБ (5,5 мм) и стеклоровив га РВМИ0-1260. Построены номограммы оценки несущей способности баллонов из трех типов КВМ.

4. Получены экспериментальные данные о влиянии параметров конструктивно-технологического исполнения на эффективность баллонов по результатам испытаний шести типов баллонов с КВН на основе базальторовивга РБ9-300.

5. Разработан метод проектировочного расчета баллонов с заданной малоцикловой прочностью и учетом условий эксплуатации.

6. Разработана система проектирования баллонов с учетом технологических, масштабного и эксплуатационных факторов, по которой выполнены расчеты и эксперименты, разработана конструктор-ско-технологическая документация двух баллонов, прошедших государственные испытания (ТУ88 УССР 168.001.90 и ТУ88 УССР 168.002-ЭО), что является подтверждением основных положений и достовер-юсти полученных результатов.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах: [. Пелагенко А.П. Расчет напряжений в намоточных шталлопластико-вых оболочках. - Киев, 1987, 15 с. - Рукопись предст.редк. журн. "Прикладная механика". Деп. в ВИНИТИ 2 июня 1987 г. Iß 3869-В87.

I. Пелагенко А.П. Несущая способность комбинированных металло-пластиковых баллонов. - Киев 1988. - 21 о. Рукопись предст. редкол.журн. "Прикладная механика". Деп. в ВИНИТИ 6 апреля 1988 г., Ш 2634-В88. $. Пелагенко А.П. Метод определения несущей способности комбинированных баллонов на этапе проектирования. - Киев, 1988. -14 с. Рукопись-предст. редкол.журн. "Прикладная механика". Деп. в ВИНИТИ 24 октября 1988 г. tö 2593-В88. -v. Пелагенко А.П. Влияние конструктивно-технологических особенностей на несущую способность комбинированных баллонов. -. Киев, 1988. - 18 с. Рукопись предст. редкол.курн. "Прикладная механика". Деп. в ВИНИТИ 24 октября 1988 г. fö 7594-В88. >. Пелагенко А.П. Проектирование автомобильных комбинированных баллонов. - Киев, 1991, 14. с. - Рукопись предст. редкол.журн. "Прикладная механика". Деп. в ВИНИТИ 09 января 1991 г. № 160-B9I.

>. A.c. й 1085024, МКИ 17 С 1/00.Баллон давления (соавт., Озеров В.И., Зверев АЛ., Корень М.И.) - » 353371/23-26; Заявлено 04.01.83. Опубл. 30.03.84, Бил. № 12.

A.c. К» 1214976, МКИ 17 С 1/02. Баллон давления (соавт. Озеров В.И., Савиченко A.A., Чечуга Я.И.) - й 3709884/23-26; Заявлено 11.03.84; Опубл. 23.02.86, Бюл. » 8. >. A.c. № 1399580, МКИ 17 С 1/02. Комбинированный баллон. -

» 4155523/23-26; Заявлено 04.12.86; Опубл. 30.05.88,. Бол. N! 20.

/frf