lign="justify"> BP=(P/S)/100=(100000/12,56)/100=79,62 МПа
Напруга крутного моменту в трубі:
Тmax=16 · Мкр /? d3 · (1-? 4),
де?- Коефіцієнт для полого стрижня:
? =[1- (D2/D1) 3] 0,25=[1- (30/50) 3] 0,25=0,94
Внутрішній діаметр
d =? · D1/1000=0,94 · 50/1000=0,047 см.
Тоді напруга крутного моменту
Тmax=(16 · 0,4 · 10-3)/(3,14 · 0,0473 · (1-0,944))=90,43 МПа
Напруга розтягування через внутрішнього тиску Р:
Nвн=2 · F=400 · 2=800 МПа
Знаходимо допустиме напруження:
Результуюче напруга:
Nкм =? екв/cos45=1097,49 МПа
3.3 Стадії проектування композиту
Під тиском техніко-економічних причин, головна з яких - розширення сировинної бази машинобудування, здійснюють постійне проектування нових матеріалів, здебільшого КМ. Проектування КМ проводять послідовним виконанням наступних стадій:
3.3.1 Вибір, розробка структури і рецептури матеріалу
На підставі даних ТЗ, огляду технічної літератури, аналізу довідкових даних і попередніх розрахунків для створення КМ труби обрана матриця з фторопласту. Його властивості задовольняють вимогам по щільності, міцності і іншим характеристикам, а також обмеженням по робочій температурі і економічними показниками. Але без армування матеріал матриці не відповідає конструкційним критеріям. Необхідно вибрати матеріал армуючого елемента. Щоб підібрати підходящий матеріал арматури необхідно розглянути можливі матеріали і методи формоутворення композиту.
Найбільш доцільним методом отримання труб є Екструдування. При отриманні КМ цим способом єдиним варіантом будови армуючого елемента є дискретні хаотично розташовані волокна. За даними ТЗ найбільш підходящими для армування будуть керамічні волокна з міцністю при розтягуванні? Bf=1 540 МПа.
Обмежуючим умовою розміру окремої частки або дискретного волокна є співвідношення: число часток (волокно в поперечному напрямку) повинно бути кратно 100 при діленні на мінімальний розмір формуемого отвори. З цієї умови визначаємо діаметр волокна:
(5)
Df=[(0,05-0,03)/2]/l00=0,0001 м=100 мкм
Призначаємо найбільший діаметр волокна рівним 20 мкм.
Визначаємо критичну довжину волокон. Це така довжина, при якій починається зміцнення при введенні волокон в матрицю. У той же час це мінімальна довжина волокна, в яку допускається переробка дроту. Вона розраховується [3, стор. 67] за формулою:
(6)
де Lкр - критична довжина хаотично дискретного волокна; Df - діаметр волокна; ? bf - міцність при розтягуванні волокна; Тгр - міцність кордону волокно-матриця raquo ;.
Міцність кордону в КМ можна визначити по залежності, отриманої з рівняння Юнга [3, стор. 122], що визначає роботу адгезії (роботу освіти одиниці площі поверхні):
(7)
(8)
(9)
де? ж - коефіцієнт поверхневого натягу (Н/м); Qs - крайовий кут змочування; Lконт - довжина контуру, що обмежує дію сил адгезії, сопротивляющихся руйнуванню кордонів.
Оскільки волокна хаотичні, Lконт обчислення, як деякої статичної величини, при нескінченному числі варіантів орієнтації волокон стає вельми проблематичним завданням. Тому розглядаємо найбільш несприятливий випадок, коли навантаження спрямована перпендикулярно осі симетрії волокна:
(10)
Підставляємо отриману формулу в залежність для розрахунку міцності кордонів, а її у формулу для визначення критичної довжини волокна:
(11)
(12)
Для рідин питома поверхнева енергія і коефіцієнт поверхневого натягу співпадають як по розмірності, так і за чисельним значенням. Для твердих тіл їх значення можуть істотно відрізнятися, що пов'язано з дефектностью кристалічної будови і анізотропією кристалів. Відомо, що з підвищенням температури коефіцієнт поверхневого натягу лінійно убуває з температурою [12, стор.147] і визначається за формулою:
(13)
де V=1200000 - молярний об'єм; К=2,1 - коефіцієнт для недіссоціірованних рідин; Ткр - температура рівноваги рідина-пар; Т - поточне знач...
