автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.04, диссертация на тему:Технология непрерывного формования композитных профильных элементов конструкций летательных аппаратов

державний аер0к0см1чний унгоерситет

ím. м.е. жуковського

"харкюський ав1ац1йний 1нституг' Спещагшована вчена рада Д 64.062.04

РГб од

\ S Cuií

ПИЛИПЕНКО ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ

удк 629.73: 629.78: 621.763: 678.027.94

ТЕХНОЛОГ1Я БЕЗПЕРЕРВНОГО ФОРМУВАННЯ КОМПОЗИТНЫХ ПРОФЫЬНИХ ЕЛЕМЕНТ1В КОНСТРУКЦ1Й ЛГГАЛЬНИХ АПАРАТШ

05.07.04 - технолопя виробницгва лггальних апарата

Автореферат дисертаци на здобуття науковогоо ступеня кандидата техшчних наук

XapKÎB 2000

Дисертащею е рукопис

Робота виконана у Схщноукра'шському державному ушверситет1 Миистерства освгги I науки Украши.

Науковий кер1вник:

Доктор техшчних наук, професор Фрегер Гарр1 Юхимович, Схщноукра'шський державний университет, зав^цувач кафедри "Ошр матер1ал1в"

Офвдйш опоненти:

Доктор техшчних наук, професор

Гайдачук ВггалШ €вгенович,

Державний аэрокослпчний уншерситет

1м. М.е. Жуковського

"Харывський ав1ацШний шститут",

завщувач кафедри "Проектування ракетно - косм1чних

апаратш"

Кандидат техшчних наук Стариков Леонщ Михайлович, Ав1ащйний науково-техшчний комплекс ¡м. Антонова, зав1дувач лабораторп стшьникових конструкдш,

Провщна установа - Вдарите акцюнерне товариство "Укра'шський науково-дослщний шститут автцшнсп технологи'", Державний комитет промислово! полггики Украши, м. Кшв

Захист вщбудеться ВереСИЯ 2000 р. о годит на засщанш спещагпзованоТ вчено! ради Д 64.062.04 у Державному аерокосм1чному ушверситет1 ¡м. М.е. Жуковського "Харювський ав1ащйний шститут " за адресою: Украша, 61070, м. Хармв, вул. Чкалова, 17.

3 дисертащею можна ознайомитися в б^блютещ Державного аерокосм1чного университету ¡м М.€. Жуковського "Харювський ав1ацшний шститут " за адресою: Украша, 61070, м. Харюв, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розкланий

"22- серп и^2000 р.

Вченийсекретар 0,—» — --==»,

спещагнзовано! вченоТ ради^ 1 Корншов Г.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть 1 стутнь дослщжень проблеми.

Використання композитних матер ¡ал ¡в у конструкц1ях лггальних апара-пв припускае застосування р1зних стрижневих шдкр1плювальних 1 силових слеметгпв усшякого типорозм1ру. Висои експлуатацшш навантаження, що впливають на щ елементи, вимагають досить складно! схеми армування матер1алу, що забезпечуе висоы трансверсальш характеристики при р1зних видах навантаження. 3 огляду на значний обсяг пщкр1плювальннх елеменпв у конструкцп планера для 1'хнього виготовлення найбшьш доцшьне використання високопродуктивних метода формування -плетшня або пултруз1У. У першому випадку забезпечусться створення необхщно'1 структури матер1алу, що вщповщае диочим навантаженням. Використання пултрузшного процесу дае можлив!сть оргашзувати високопродуктивний безперервний процес, що гарангуе високу яюсть 1 стабтьшсть геометричних розм1р1в вироб1в. Об'еднання обох метод1в у единий технолопчний процес дозволило б сполучити позитивш момента кожного з! способ1в формування: створити необхщну просторову схему армування з наступним безперервним формуванням довгом!рного виробу. Однак сьогодш вщсутш теоретичш й експериментальш дослщження, що дозволяють реал1зувати сполучений процес. Не вивчеш властивост1 матер]'ал1'в, одержуваних даним методом, невщом1 обмеження на структурно-геометричш, кшематичш й технолопчш параметри формування.

Зв'язок робота ¡з науковими програмами, планами, темами.

Робота е складовою частиною НДР, розроблених кафедрою "Ошр матер1ашв" СхщноукраГнського державного университету, що виконуеться у вщповщност1 до завдання Мпистерства осв1ти та науки Украши.

Мета роботи та завдання дослщження: Мета роботи -розробка технолопчного процесу виготовлення стрижневих елемеетпв конструкцп лггалышх апарапв на основ! плетшьно-пултрузШного методу формування.

Реал^защя поставлено! мети передбачае вирпнення наступних завдань:

1. Дослщити кшематичш параметри процесу плетшня при формуванш композитного матер1алу, що забезпечують досягнення необхщних структурно-геометричних характеристик вироб1в.

2. Вибрати ращональш режими пултрузШного процесу й визначити 1хнш вплив на ф!зико-мехашчш властивосп одержуваних матер1ал!в.

3. Вивчити силов1 параметри плетшьно-пултрузШного процесу I визначити д1апазон УхньоУ змши, що забезпечуе одержання задано!" структури матер1алу.

4. Дослщити властивостс матер1ал1в, одержуваних плетшьно-пултрузШним методом при р1зних умовах навантаження, 1 типових стрижневих конструкщй на 1'хнш основь

5. Розробити методику вибору ращональних технолопчних режим1в формування з урахуванням структури матер1алу й можливостей реал1заци технолопчного процесу.

6. Розробити технолопчне устаткування.

Об'ектом дослщження е технолопчний процес безперервного формування профшьних тдкр1плювальних елемештв конструкцШ _ лггальних апарат1в.

Предметом дослщження е розробка методик розрахунку технолопчних параметр1в об'еднаного плетшьно-пултрузшного процесу одержання пщкр1плювальних елеметтв, анал13 силових параметр!в й вивчення ф1зико-мехашчних характеристик виробт, отриманих на основ1 запропонованого методу формування.

Методи дослщження. Теоретичш дослщження здШснювалися на основ! метод1в механши композищйних матер!ал1в 13 застосуванням сучасних програмних обчислювальних комплетв. Експериментальш результата отримаш на баз1 лабораторних 1 стендових кштв..

Наукова новизна одержаних результатов полягае в тому, що у дисертащйнШ робот!:

1. Розроблено методику вибору кшематичних параметр1в плетшня для одержання структур матер1ашв ¡з максимальною поверхневою щшьшстю.

2. Аналггично визначеш технолопчш параметри безперервного процесу: ошр зусиллю протягання на р1зних етапах формування; стввщношення кшематичних параметрш; сшввщношення геомет-ричних розм1р1в армуючих наповнювач!в; розм1ри ложеменпв 1 т.д.

3. Установлено взаемозв'язки кшематичних, температурних, силових параметр1в процесу 31 структурно-геометричними характеристиками матер1алу.

4. Отримано експериментальш дат про властивосп мaтepiaлiв, що виготовляються запропонованим методом, i ряду стрижневих вироб!в на !хшй основь

Практнчне значения одержаних результатов.

1. Розробленая методика вибору ращональних параметр1в технолопчного процесу может быть использована при определении режимов формування стрижневих елемента конструкщй з урахуванням структури й властивостей використовуваних матер1ал1в.

2. На основ! проведених дослщжень розроблене технолопчне устаткування для виробництва стрижневих елеменпв конструкщй лггальних апарата.

3. Запропоноваш конструкторсько-технолопчш р1шення можуть бути використаш для створення устаткування й технологи вироб-ництва широко! номенклатури виробт: профш р!зно! форми й

_ розм1р1в перегину, несуч! стШки, стрижш, елементи ферменних конструкщй на основ! пол1мерних композитних матер1ал1в.

Особистий внесок здобувача в розробку наукових результата дисертацп, полягае в тому, що дисертантом особисто розроблеш: математична модель кшематики плетшьного мехашзму, математична модель термосилового процесу формування матер1алу плетшьно-пултрузшним методом. Поставлен! й виршеш завдання ощнки напружено-деформованого стану композитного матер1алу з урахуванням структури й умов навантаження. Особисто проведен! вс! розрахунки, експериментальн! дослщження, анал!з отриманих результата, зроблеш висновки. За учаспо автора розроблеш конструкторсько-технолопчш р!шення устаткування й технолог!я одержання стрижн!в р!зного типорозм!ру.

Апробашя результап'в дисерташУ.

Основн! положения дисертацшно! робота доповщалися й обговорювалися на м!жнародн!й конференц!! "Композиц!йн! матер!али в промисловост! «СЛАВПОЛ1КОМ-98»" с. Славське Льв!всько! обл.; м!жнародшй конференц!! «Шаруват! композицшш матер!али - 98», м. Волгоград; ВсеросшськШ науково-техн!чн!й конференцп «Нов! матер!али ! технолог!! НМТ-98», м. Москва; XV науково-техшчнш конференцп «Конструкщя ! технолог!я

виготовлення вироб1в ¡з неметал1чних матер1алш», м. Обшнськ, 1998 р.; на м1жнародшй конференци "КомпозицШш матср1али в промисловосп «СЛАВПОЛ1КОМ-2000»" м. Ялта, 2000 р., а також на науково-техшчних конференщях Сх1дноукраТнського державного ушверситету.

Публ1кацп.

За результатами виконаних дослщжень опублжовано 9 друкованих праць.

Структура й обсяг роботи.

ДисертацШна робота викладена на 184 сторшках машинописного тексту, прошюстрована 7 таблицями, 84 малюнками 1 складаеться 13 вступу, п'яти роздшв, основних висновив I рекомендацш, списку використаних джерел, що мютить 183 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦН

Перший роздш роботи присвячений анал1зу лггературних джере^д з питания створення в пробив ¡з композицшнцх матер1ал1в безперервними методами.

Основною вимогою до використовуваних матер1алш е забезпечення в Тхньому склад! схеми армування, що вщповщае умовам навантаження. У цьому план! найбшьш прийнятними технолопчними процесами е плетшня 1 пултруз1я. У першому випадку, за рахунок змши ктькосп носив 1 кшькосп ниток, що плетуть, удаеться реатзувати в структур! р1зш кути укладання армуючого наповнювача й товщину плетених шарш. При цьому виявляеться можливим оргашзувати високопродуктивний I авто-матизований процес безперервного формування виробу. Однак дотепер такий процес реализований тшьки для дискретних елемеьгпв, що пов'язано з необхщшстю формування одержувано'1 структури на оправлениях обмежено'1 довжини. Також до недолшв цього методу варто вщнести слабы м1жшарову I трансверсальну м1цносп шар1в у виробь Кр1м того, плетшня припускае створення тшьки нашвфабрикату виробу, остаточне виготовлення якого повинно проводитися в окремому тепловому агрегат!.

На вщм1ну вщ цього, пултрузшний процес дозволяе здшснити безперервний процес формування виробу за рахунок термообробки

матер1алу до необх!дного стану у формуючих фшьерах. Однак при цьому на структурно-геометричш параметри материалу, що формуеться, накладаеться ряд серйозних обмежень, зв'язаних з умовами проходження виробу у фшьер! й силовими характеристиками протягання. Очевидно, що об'еднання обох зазначених процеав може дозволити реашзувати позитивн! моменти кожного з них 1 одержати складноармоваш структури матер1алш при безперервному метод! виготовлення. Однак дотепер таи роботи не проводилися, а вщом! спроби введения в процеа пултрузи односпрямованих вироб1в пщмотувань стрально"! арматури або включения в структуру матт не вир1шують проблем, пов'язаних ¡з оптимващею структури, властивостей одержуваних матер!атв I технолопчних режимов 1х формування.

Таким чином, анатз лкературних джерел показуе, що для високопродуктивного автоматазованого безперервного виготовлення стрижневих вироб^в iз пол1мерних композитних матер1алт найбшьш доцшьне створення комплексного плетшьно-пултрузшного технолопчного процесу. При цьому сьогодш вдоупи дослщження-з вибору рацюнальних режтанв такого процесу I взаемозв'язку властивостей одержуваних матер1ал1в з параметрами технолопчного процесу.

На основ! анал1зу наявних теоретичних 1 експериментальних дослщжень, присвячених питаниям створення вироб1в ¡з композитних матер1ашв, наприкшщ роздшу сформульоваш мета й завдання дисертацшно! роботи.

У другому роздип дисертаци наведет результата дослщження процесу плетшня шар1в у матер1ал1.

Одшею з основних вимог до структури матер1алу е досягнення в плетеному шар! максимально! поверхнево! щшьност!. При цьому вона може бути досягнута при певному взаемозв'язку м1ж кшематичними параметрами процесу: кутовоУ швидкосп обертання веретен 1 осьовою подачею виробу. У робот! анал!зуеться форма джгутт у шар}, виходячи з дослщження умов укладання арматури для щшьного покриття поверхш. Зокрема для 20 шару отримане вираження для необхщного куга армування, при якому можливе одержання плетеного шару постШпо! поверхнево!' щыьност!:

БШфа =

N■1 2л-Б

0)

де N - число веретен плет1льно1 машини; I - ширина стршки арматури, що плете; Б - дтметр цшпндричноТ поверхш.

Взаемозв'язок кшематичних параметр1в у цьому випадку мае вигляд:

1

тФ

п2Р2 х = п0 К2!2 V,,

(2)

Тут: п0 - частота обертання веретен навколо центру плетива;

Уда - швидмсть протягання виробу. На рис.1 показана залежшсть граничного значения ширини стр1чки обшптально! арматури в!д кута армування I д1аметру виробу.

5,0]

1,мм

3,0

1,0

¿36

30

0,5

0,4

0,3

Ф, 0,2

Ф

60

ф;

45 60 " 30 45

Рис. 1 Рис. 2

У процеа плетшня утворюеться вшьна поверхня джгупв, форма яко"1 може бути представлена однопорожнинним гшерболощом обертання. У робот! визначеш параметри ще!" поверхш в залежност! вщ умов процесу плетшня, що дозволяе робити проектування пристроив формування виробу в плетшьно-пултрузшному техно- лопчному процесь 1стотною особливктю утворення плетеного шару е вплив геомет -ричних параметров (кшьюсть джгутш, кут плетшня, д1аметр виробу) на форму перетину джгупв у шар! ! стушнь наповнення. У робот! отримаш вираження для ступеня наповнення шару, визначеш гранич- ш значения и для шар!в ¡з максимальною поверхневою щшьшсио.

Для 2D структури обчислити ступшь наповнення можна в такий споаб:

-эта.. +1

N

де ф! - стутнь наповнення вюадного джгута; г - рад1ус оправления;

Проведен! експериментальш дослщження ступеня наповнення плетеного шару 30 структури при р1зних стввщношеннях подовжшх ! обгоитальних шар1в показали досить гарний збп- ¡з теоретичнимн результатами, що дозволило рекомендувати за-пропоновану методику для оцшки структурних параметр1в матер1алу.

На рис.2 показана змша ступеня наповнення плетеного шару Ю у залежное™ вщ кута армування, при цьому виб1р ширини строки обшитальноУ арматури в кожному випадку визначався вщповщно до залежностей, наведених на графках рис.1.

Трети"! роздш робота присвячений вибору рацюнальннх параметрт технолопчного процесу пултрузшного формування складноармованих стрижшв. На основ! анал!зу л!тературних джерел, присвячених досл!дженню пултруз!йних процес!в, визначен! можлив! д!апазони зм!ни температурних ! часових параметр!в формування, сформульован! основы! вимоги до використовуваних компонент!в: забезпечення змочувальноТ здатност! пол!мерним сполучним наповнювача, життездатн!сть сполучного, можлив!сть пол!меризацп в короты пром!жки часу! т.д.

3 метою вишукування можливостей тдвищення про-дуктивност! процесу були наведен! до&тдження температурних пол!в у робочому канал! фшьери ! можливост! керування ними за рахунок змши положения нагр!вальних елемент!в по довжии! фшьери.

Наведен! в цьому роздш! результата експериментальних дослщжень дозволили вибрати необхщне значения температури нагр!вальних елемент!в, м!сце Ухнього розташування по довжии! формуючоТ фшьери ! рекомендувати рац!ональн! значения швидкосп протягання.

Виб1р необхщних параметр1в процесу проводився на пщстав1 експериментальних досл1джень ступеня отвердшня сполучного в залежносп вщ швидкосп протягання виробу I температури фшьери. На рис. 3 показан! змша ступеня отвердшня склопластикового

стрижня в залежност1 в1д швидкосп протягання при рвних температурах формуючоТ фшьери: (1 - Т=250°, 2 -Т=220°, 3 - Т=160°). Анал13 даних показав, що оптимальною з по- гляду досягнення найбшьшого ступеня отвердшня е швидисть протягання 0,4 м/хв при температур!

0,2

0,4

0,6

формуючоУ фшьери Т=200-220С° :

Рис.3

" ! м!сщ розташування нагр1вальних елеметтв, змщеному до заходно'1 частини фщьери.

Четвертий роздш присвячений дослщженню залежност! зусилля опору руху формованого матер!апу вщ основних технолопчних параметр 1в процесу. Анал1з силових фактор1в показуе, що повне зусилля визначаеться сукупшспо зусиль на окремих дшянках технолопчно'1 л1ни. При цьому, кр1м сил тертя, руху матер!алу перешкоджають сили зчеплення нашвфабрикату -материалу з оправлениям.

Анатз зусиль, що диоть при плетшш, показав, що зусилля опору на цш дшянщ технолопчно'1 лши визначаеться складовою зусилля натягу обшптальноТ арматури й силами тертя, викликаними появою тиску сполучного в структур! матер1алу. Зазначеш параметри можуть бути визначеш в такий спос1б: Осьова складова

р4 =-РплсоБа15ту .

(4)

Тиск обпресування виробу

■о---Г , •

(5)

Тут п - кшыасть носив обшитально!" арматури;

&тл - крок плетшня. 1з розгляду балансу перем1щуваних обсяпв сполучного визначаеться час фшьтраци сполучного в структур! материалу отже, довжина, на якш д1е тиск обпресування.

Зусилля опору руху може бути обчислене в такий спос!б:

де р0 - коефвдент прилипания; А - фактична площа контакту поверхонь; ^ - коефнцент тертя; \1 - довжина нагавфабрикату, протягом яко'1 д1е тиск Т0.

Отже, зусилля опору протяганню на цш д!лянщ визначаеться в такий споЫб:

Коефвдент прилипания р0 визначаеться зрушувальними напругами, що виникають при вщносному зсув1 контактуючих поверхонь.

Визначення коефщента р0 проводилося експеримен- тально, на спешалынй установи!, що дозволяе визначити зусилля опору з урахуванням довжини ви\прювально'1 фшьери ! ступеня наповнення контрольного зразка матер1алу. Залежшсть коеф!щента прилипания вщ швидкост! руху препрега при р1зних температурах вшшрювально! фшьери представлена на рис. 4 (1. - ^ = 20°С, ^ = 40°С, ^ = 60°С).

Форма заходно'! частини фшьери також впливае на величину опору руху. 3 розгляду умов руху сполучного при заход! у фшьеру (рис. 5) складений баланс перем!щуваних обсяпв сполучного:

•• Т0Ьтг • ё

(6)

(7)

ро,МПа ОД

0,08 0,06

1

17~

0

0,2 0,4

Рис.4

0,6 V, м/хв.

ФьЛ*1)-Ч1.00] = <М; (8)

де - потк сполучного через перетин, що знаходиться на

вщсташ Х[ =x + dx вщ початку обрати системи координат заходноУ частини фшьсри з формуючим каналом;

ць(х) - потк через перетин, що знаходиться на вщсташ х ; т -час руху виробу;

dW- величина обсягу сполучного, що отфшьтровуеться при пересуванш виробу.

ей

(11

х+ах)

с1х

Ф(х)

<13

А2

Рис. 5

При прийнятому закон! змши форми каналу у = ах + Ь визначалися поточи! значения ступеня наповнення ! тиску сполучного Т(х), дал! методом ¡терацш у кожшй точщ знаходилися величини тиск!в ! проекцп зусиль на в!сь виробу. 3 огляду на зазначене, повне зусилля опору на щй дшянщ визначаеться в такий спос!б:

Р5= |т(х;)А5зт9,ах + Г1 хк

|а8соз0;с1х + — хк

К . К

|т(х |) ДБ собЭ^х+— |т(х;)<1х

(9)

Тут кут 8; визначаеться в кожшй точщ фшьери при прийнятому закон! зм!ни и форми в точщ з координатою 2 = Х;-с1х/2; координата хк визначае перетин, що вщпов!дае моменту контакту зовшшныи поверхш виробу з поверхнею ф!льери.

Для визначення зусилля опору руху у формуючому канал! фшьери розглянуте завдання навантаження цшнндричноТ оболонки внутр!шн!м тиском ц, величина якого обираеться таким чином, щоб компенсувати об'емну усадку сполучних при термообробц! ! зм!ну геометричних розм!р!в за рахунок терм!чного розширення матер!алу.

Зусилля опору протягання визначаеться в такий спос!б:

рб = кфлёьфя^. (10)

тут Кф - коефщент, що враховуе довжину фшьери, на як!й реал!зуеться сухе тертя; Ьф - довжина фшьери без урахування заходно! частини, ГТР - коеф!щент тертя.

Визначивши складов! повного зусилля опору руху ! маючи на уваз!, що на шшш частин! внутршнього оправления реалпуеться фузлий плин сполучного, обумовлений коефЫентом пршпшання, знаходиться повне зусилля протягання.

Теоретичш досл1дження зютавлялися з експериментальними даними, отриманими за допомогою спещального тензометричного вш*ирювального пристосування. Як випливае з наведених даних (табл.1), отримаш теоретичш залежност1 досить адекватно описують експериментальш результата.

Таблиця 1

Залежшсть зусшшя протягання вщ швидкосп руху виробу

Швидккть протягання Упр, м/хв Зусшшя протягання Рщ,, Н

Теоретичне значения Експериментальне значения

0,2 5110 5220

0,3 4560 5050

0,4 4250 4050

0,5 3820 3610

0,6 3740 3570

У п'ятому роздип роботи наводяться результата теоретико-експериментального досл1дження ф1зико-мехашчних характеристик композипв у залежноси вщ 1х структурно-геометричних характеристик 1 параметр1в технолопчного процесу, обговорюеться загальна методолот вибору ращональних технолопчних параметр1в формування стрижшв.

Дослщження властивостей композита при м1жшаровому зрушенш дозволили встановити залежшсть характеристик матер¡алу вщ основних технолопчних параметр1в формування: швидкосп протягання й температури термообробки 1, тим самим, визначити 1хш рацюнальш значения. Отримаш результата були пщтверджеш м1кроструктурними дослщженнями структури матер1алу. Оскшьки галузь застосування отриманих розробленим методом вироб1в припускае дйо стискаючих, розтя1уючих навантажень, проведен! дослщження залежност! властивостей матер ¡ал!в 1 вироб1в вщ виду структури матер1алу 1 технолопчних парам етр1в при цих видах на вантаження. Для суцшьних стрижшв, навантажених стискаючою силою, показана ефектившсть застосування пщкр1плювальних шар1в, установлеш 1хш рацюнальш параметри, ощнеш можливосп безпере-

рвного протягання на плетшьно-пултрузШшй установщ.

Ощнка несучо'1 здатност1 довгих трубчастих стрижн1в проводилася теоретично й експериментально при вивченш впливу структурно-технолопчних параметр1в вироб1в на розм1р критичного навантаження в момент утрати стшкосп. Було встановлено, що для структурних характеристик MaTepiany трубчастих стрижшв галузь ращональних значень досить обмежена. Так, оптимальний ciyniHb наповнення складае 0,5...0,55, сшввщношення po3MipiB подовжнього i поперечного uiapie i кут армування плетеного шару можуть бути o6paHi з урахуванням можливосп протягання виробу. Залежшсть критичного навантаження при стиску вщ швидкосп протягання показана на рис.6 (1,- теля остаточжи термообробки; 2.- теля попередньо"1 тсляфтьерно!' термообробки; З.-тсля виходу з фшьери), а на рис.7 - вщ ступеня наповнення MaTepiany стрижня.

25

20

15

10

5

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Упр,м/хв. 03 0,4 0,5 0,6 0,7 ф Рис. 6 Рис .7

Оцшка несучоГ здатносп стрижшв проводилася з використанням структурно! теори м!цносп, що враховуе поетапне руйнування в процеа навантаження. Отримаш даш дозволили рекомендувати запропоновану методику розрахунку для оцшки несучоУ здатноси стрижневих елеменпв конструкщй ЛА.

Особлива увага придшена питанию вибору структури й влас-стивостей матер1алу з урахуванням умов протягання вироб1в. Оскшьки захват виробу в мехашзм1, що протягае, проводиться за рахунок бтюго обтиснення в спещальних ложементах, розглянута задача навантаження цшиндричноУ оболонки поперечним вертикальним навантаженням q=qo собСР). 3 урахуванням ашзогрошУ

властивостей матер1алу отриман! вираження для напруг I деформащй.

3 використанням структурно! теори м!цност! розраховаш величини зуснль, вщповщш втрат1 суцшьност! г втрап мщносл. Проведен! теоретичш й експериментальш дослщження дозволили встановити взаемозв'язок зусилля притиснення ¡з зусиллям протягання й розробити рекомендаци з вибору розм!р1в 1 конструкцп ложеменпв захватного мехашзму протяжного пристрою.

У висновку роздшу наводиться загальна методология вибору основних технолопчних режим1в формування стрижи 1в плетшьно-пултрузШним методом, що враховуе обмеження на структурно-геометричш параметри матер1алу, юнематичш характеристики устаткування, оптимальшсть термообробки на р1зних етапах процесу й с шиш параметри формування.

На основ! проведених дослщжень розроблений технолопчний комплекс для виробництва стрижневих елеменпв конструкщй лггальних апарата з максимальним умовним дтметром до 50 мм ! - продуктившстю до 0,5 м/хв. ^

Основш висновки I рекомендаци

У дисертацп наведен! результати теоретичних ! експериментальних досл!джень, направлених на вир!шення проблеми створення високопродуктивних безперервних метод!в формування стрижневих елеменпв конструкщй лпипьних апарат!в за рахунок застосування запропонованого автором плетшьно-пултрумйного процесу, що поеднуе етапи створення просторово! схеми армування матер!алу ! його термообробку в единий технолопчний процес. Установлено, що при вщповщному вибор! технолог!чних параметр!в можливо забезпечити необхщш структурно-геометричн! й ф!зико-механ!чн! характеристики вироб!в в умовах сер!йного виробництва.

На основ! проведених дослщжень сформульоваш наступи! висновки! рекомендаци:

1. На основ! анал!зу !снуючих метод!в безперервного формування композитних матер1ашв запролонований технолопчний процес, який поеднуе плетшня й пултрузпо, що дозволяе одержувати матер!али з! складноармованою структурою й високими експлуатацшними характеристиками.

2. На шдстав1 анал!зу к!нематики процесу плет!ння встановлен! анал!тичн! залежност! параметр!в процесу вщ основних структурно-

геометричних характеристик матер1алу, що дозволяють одержувати необхщну структуру MaTepiany з максимальною поверхневою щшьшстю обплггальних uiapiß.

3. Дослщження впливу режим1в пултрузШного процесу на ф1зико-мехашчш характеристики матер!'алт дозволило визначити рацюнальш параметри процесу, що забезпечують досягнення у вироб1 необхщного ступеня отвердшня сполучного i характеристик матер¡алу при проведены безперервного плетшьно-пултрузШного процесу формування.

4. Аналогично визначеш ciuioBi параметри плетшьно-пултрузШного процесу i диапазон Ухньо!' змши, що забезпечують одержання задано!' структури i ф!зико-механ!чних характеристик MaTepianiß.

5. Запропоноваш конструктивно-технолопчш ршення окремих елеменпв технолог!чного устаткування, що дозволили реашзувати плет!льно-пултруз!йний процес для виготовлення стрижневих BiipoöiB pi3H0i номешслатури.

6. 3 урахуванням структури, властивостей матер1ал1в i можливостей реагнзацп технолопчнодо процесу безперервного формування запропонована методика вибору ращональних режим!в плетшьно-пултрузшного процесу, що дозволяв одержувати стрижнев! вироби з високими експлуатащйними характеристиками.

7. Проведен! експериментальш досл1дження ф1зико-мехашчних характеристик i мжроструктур матер!ал!в показали, що запропонований технолопчний процес ix формування забезпечуе досягнення необхщних характеристик матер!ал!в i високу яисть одержуваних вироб!в.

Список опубл1кованнх праць автора за темою дисертаци

1. Пилипенко В.Н. Анализ возможности применения многокомпонетных гибридных композитов в стержневых конструкциях элементов летательных аппаратов // Обработка материалов: Тематический сборник научных трудов — Луганск: Изд-во ВУГУ, 1999. - С. 62-66.

2. Пилипенко В.Н. Определение усилия сопротивления на участках скольжения полуфабриката при плетельно пултрузионном формовании // Ресурсозбер!гаюч! технологи виробництва та обробки тиском MaTepianiß у машинобудуванш: Зб!рник наукових праць

Схщноукра'шського державного ушверситету. - Луганськ: Вид-во СУДУ, 2000. - С. 229-233.

3. Пилипенко В.Н. Основные проблемы использования термопластичных матриц для армированных материалов // Ресурсозберкаюч! технологи виробництва та обробки тиском MaTepianiB у машинобудуванш: Зб5рник наукових праць Схщноукра'шського державного ушверситету. - Луганськ: Вид-во СУДУ, 1998.-С. 168-174.

4. Пилипенко В.Н. Технология формования профильных элементов плетельно пултрузионным методом // Композиционные материалы в промышленности: Труды Междунар. конф. (СЛАВПОЛИКОМ - 2000). - К.: Алкон, 2000. - С.94-95.

5. Пилипенко В.Н., Фрегер Д.Г. Анализ термосиловых параметров плетельно-пултрузионного формования слоистых композитов // Слоистые композиционные материалы - 98: Сборник трудов международной конференции - Волгоград, 1998. - С. 84-86.

6. Фрегер Г.Ю., Пилипенко В.М. Bbiöip структури и властивостей материшу з врахуванням умов- пуятрузшного формування // BicHUK Запор1жського державного ушверситету. -Запор^жжя: ЗДУ. - 2000. - С. 148-152.

7. Фрегер Г.Е., Пилипенко В.Н., Фрегер Д.Г., Исследование внутренних напряжений в композитах с пространственно армированной структурой // Ресурсозбер1гаюч1 технологи виробництва та обробки тиском MaTepianiB у машинобудуванш: 36ipHiiK наукових праць Схщноукра'шського державного ушверситету. - Луганськ: Вид-во СУДУ, 1998. - С. 162-167.

8. Фрегер Г.Е., Пилипенко В.Н., Фрегер Д.Г. Разработка плетельно-пултрузионного процесса изготовления сложно-армированных конструкций // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии НМТ-98". - Москва, 1998. - С. 219-220.

9. Фрегер Г.Е., Фрегер Д.Г., Пилипенко В.Н. Исследование процессов разрушения композитов с гибридным пространственно армированным наполнителем // Ресурсозбер1гаюч1 технологй' виробництва та обробки тиском MaTepianiB у машинобудуванш: Зб1рник наукових праць Схщноукра'шського державного ушверситету. Луганськ: Вид-во СУДУ, 1998. - С. 158-162.

АН0ТАЦ1Я

Пилипенко В.М. Технолопя безперервного формування композитних профшьних елеменпв конструкщй лггальних апарапв. - Рукопис.

Дисертащя на здобутгя ученого ступеня кандидата техшчних наук за фахом 05.07.04 - технолопя виробництва лггальних апарат1в. Державний аерокос.чйчний ушверситет ¡м. М.е.Жуковського "Харювський ав!ащйний ¡нститут" Мшктерства освгга I науки Украши, Харив, 2000 р.

Дисертащя присвячена розробщ технолопчного ироцесу одержання стрижневих елеменпв конструкщй лггальних апарат!в плетшьно-пултрузШним методом. Розроблено методику вибору основних параметр1в процесу: опору зусидлю протягання на р!зних етапах формування; температурно-часового режиму; сшввщношення юнематичних параметр1в; сшввщношення геометричних розм!р1в армуючих наповнювач1в; конструктивних. розм1р1в мехашзму, що тягне. Отримано експериментальш даш про властивост! матер!ал!в 1 стрижневих вцроб1в на |'хшй основ!. Розроблено технологшне устаткування.

Ключов1 слова: плетшня, пултруз1я, формування, композита! матер!али, наповнювач, просторове армування, п!дкр!плювальн! елементи, поверхнева щ1льн!сть.

АННОТАЦИЯ

Пилипенко В.Н. Технология непрерывного формования композитных профильных элементов конструкций летательных аппаратов. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.07.04 -технология производства летательных аппаратов. Государственный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского "Харьковский авиационний институт" Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2000 г.

Диссертация посвящена разработке технологии получения стержневых элементов конструкций летательных аппаратов плетельно пултрузионным методом формования.

Разработана методика выбора кинематических параметров плетения для получения структуры материала стержней с

максимальной поверхностной плотностью. Получены основные зависимости для определения степени наполнения материала с учётом основных параметров плетения: угла армирования, вида структуры, толщины слоя и т.д.

На основе экспериментальных исследований процесса пултрузии в коротких обогреваемых фильерах проведен анализ распределения температурного поля по длине фильеры и установлена взаимосвязь степени отверждения материала от времени термообработки, температуры фильеры и положения нагревательных элементов. Ввыбраны рациональные температурно-временные режимы пултрузионного процесса с учётом их влияния на физико-механические свойства получаемых материалов. Полученные результаты сопоставлены с данными микроструктурного анализа материала.

Проведен анализ силовых параметров совмещённого процесса. Впервые установлены зависимости для определения усилия сопротивления движению формуемого полуфабриката на различных участках технологической линии, что. позволило определить полное усилие сопротивления. Теоретические результаты подтверждены экспериментальными исследованиями, проведенными с помощью разработанного специального измерительного устройства.

Установлена взаимосвязь кинематических, температурных, силовых параметров процесса со структурно-геометрическими характеристиками материала, что позволило определить соотношения кинематических параметров формования, соотношения геометрических размеров армирующих наполнителей; конструктивные размеры протягивающего механизма.

Проведен комплекс экспериментальных исследований, в результате чего получены экспериментальные данные о свойствах изготавливаемых предложенным методом материалах и стержневых изделий на их основе.

Разработано технологическое оборудование для производства стержневых элементов конструкций летательных аппаратов различных типоразмеров, включающее плетельный узел, формующую фильеру с регулирующей аппаратурой и протяжной механизм.

Ключевые слова: плетение, пултрузия, формование, композитные материалы, наполнитель, пространственное армирование, подкрепляющие элементы, поверхностная плотность.

SUMMARY

Pilipenko V.N. Technology of constant forming of composite prophile elements of constructions of flying apparatus.

Dissertation on gaining scientific degrees of candidate of technical sciences according to speciality 05.07.04,- technology of producing of flying apparatus. State Airspace University named after N.Ye.Zhukovsky "KhAI" of Ministry of Education and Science of Ukraine .Kharkov,2000.

Scientific work is devoted to working out the technological process of getting stick elements of constructions of flying apparatus by knitting pultrusive method.lt has been worked out methodics of choosingthe main parameters of the process:restrain to increase of getting into at different stages of forming; comparing of geometrical jizes of arming fillers; constructive sizes of pulling mechanism.There were got experemental data about qualities of materials and stick products on their base.lt has been worked out technological equipment.

Key words : knitting, pultrusion, filler, space arming, forming, composite elements, steaking elements, cover steadness.