Вас вітає Інтернет конференція!
Вітаємо на нашому сайті
ВИЗНАЧЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК АРМОВАНИХ КОМПОЗИТІВ
09.11.2022 14:49
[3. Технічні науки]
Автор: Роговий Станіслав Іванович, д.т.н., професор, Сумський національний аграрний університет, м. Суми; Циганенко Людмила Анатоліївна, к.т.н., доцент, Сумський національний аграрний університет, м. Суми; Срібняк Наталія Миколаївна, к.т.н., доцент, Сумський національний аграрний університет, м. Суми; Душин Владислав Вікторович, к.т.н., доцент, Сумський національний аграрний університет, м. Суми; Циганенко Геннадій Михайлович, старший викладач, Сумський національний аграрний університет, м. Суми
Пропонується спосіб для визначення дослідних характеристик міцності й деформативності крихких матеріалів, таких як бетони, штучні камені, гірські породи і т. п., які входять до складу армованих композитів. Такий спосіб може бути використано при проведенні лабораторних випробовувань зазначених матеріалів із метою моделювання повних (із низхідною гілкою) діаграм стану σm – εm (напруження – відносні деформації) таких матеріалів.
Одним із близьких за технічною суттю та результатами, що досягаються для зазначених об'єктів, є спосіб, який передбачає використання вимушеного механічного регулювання швидкості деформування при навантаженні дослідних зразків. Такий спосіб реалізується за допомогою сервокерованого пристрою, при якому силовий привід за мірою необхідності регулювання (зменшення) швидкості деформування на низхідній ділянці діаграми, приводиться в дію за допомогою складної електронної автоматики [1].
Поряд із перевагами цей спосіб має істотні недоліки. При вимушеному регулюванні швидкості деформування для забезпечення її достатньо низького значення на ділянці низхідної гілки діаграми σm – εm має відбуватися циклічне розвантаження дослідного зразка, що суттєво може впливати на значення його деформаційних характеристик. Це вносить погрішності в експериментальні діаграми, що робить їх малопридатними для порівняння в різних експериментах та обмежує їхнє використання в інженерній практиці та наукових дослідженнях.
У практиці подібних досліджень розглядаються також інші способи моделювання низхідної гілки діаграми σm – εm, [2], що реалізується за допомогою окремого пристрою у вигляді жорсткої звареної металевої рами, виготовленої зі сталевих прокатних профілів. Тут одночасно з випробуванням дослідного зразка використовується робота такої рами, яка, певною мірою, може забезпечувати перерозподіл релаксуючих напружень дослідного зразка, стабілізуючи деформації його силового деформування в умовах низхідної гілки діаграми. Такий спосіб випробовування дослідних зразків має також ряд істотних недоліків:
- застосовувані тут жорсткі металеві рами, при включенні їх у роботу, можуть мати, за певних умов, недостатню деформативність, на яку впливає наявність конструктивних зазорів, і яка може бути меншою стисливості випробовуваного матеріалу дослідного зразка. Це суттєво звужує можливості використання такого способу за необхідності отримувати низхідну частину діаграм σm – εm у широкому діапазоні закритичних (таких, що знаходяться за межею міцності матеріалу зразка) деформацій;
- досить складно при виготовленні дослідних зразків забезпечити з достатньою точністю їх геометричні параметри такими, щоб у процесі випробувань вони завантажувались синхронно із жорсткими металевими рамами. Тому, для включення в синхронну роботу таких металевих рам, технологія випробувань на певному етапі завантаження передбачає їх розклинювання для вирівнювання та центрування. Це, у свою чергу може спричиняти перекоси і призводити до недопустимого позацентрового прикладення навантаження, а також до розбалансування синхронного деформування;
- спосіб визначення зусиль релаксації дослідного матеріалу, які визначають характер низхідної гілки діаграми σm – εm при посередництві роздільних (таких, що не являються одночасними) деформацій жорсткої рами та досліджуваного матеріалу на різних етапах їх завантажень, може вносити суттєві погрішності у результати випробовувань, оскільки деформування дослідного зразка та жорсткої рами не слід вважати синхронними на всіх етапах випробувань, що істотно знижує достовірність характеристик міцності і деформації крихких матеріалів.
В основу запропонованого методу визначення механічних характеристик армованих композитів [3] ставилась задача створити такий спосіб визначення механічних характеристик крихких матеріалів, при якому завдяки посередництву автоматичного регулювання процесу силового деформування у ході випробування дослідного зразка підвищується достовірність значень експериментальних характеристик деформативності й міцності за умови, що рівень деформування при цьому може збільшуватися до максимально можливих значень, за межами яких крихкий матеріал перестає задовольняти необхідним експлуатаційним якостям.
Для вирішення поставленої задачі у запропонованому способі визначення механічних характеристик крихких матеріалів із застосуванням повних діаграм стану, передбачається виконання лабораторних випробовувань дослідних зразків, які реалізуються за відомою методикою з урахуванням наступних особливостей. При виготовлені таких зразків необхідно використовувати сталеві арматурні стрижні з матеріалу, для якого відома діаграма деформування σs – εs. Вона може визначатись за відомими характеристиками використовуваної сталі, або за результатами окремих випробовувань зразків-близнюків арматурних профілів відповідного діаметру, що використовуються в якості силових арматурних елементів дослідних зразків крихкого матеріалу. Діаметр арматурних стрижнів визначається у залежності від площі поперечного перетину дослідного зразка крихкого матеріалу та має забезпечувати сумісну роботу силових елементів і матеріалу дослідних зразків. Розміри поперечного перерізу дослідних зразків крихкого матеріалу призначаються у відповідності з діючими стандартами.
Сутність запропонованого способу визначення механічних характеристик армованих композитів пояснюється зображенням на рис. 1, де показано дослідний зразок 1 у вигляді бетонної призми, армованої сталевими стержнями 2. Призма стискається осьовою силою N між плитами випробувальної машини. Необхідна швидкість та стабілізація деформацій у процесі випробувань при закритичних рівнях деформування бетону (крихкого матеріалу) підтримуються автоматично синхронною роботою арматурних стержнів на всьому діапазоні низхідної вітки діаграми σs – εs. Це стає можливим завдяки наявності жорстких силових елементів дослідного зразка, виконаних із симетрично розміщених сталевих арматурних стрижнів 2, якими армується дослідний зразок у процесі його виготовлення.
Рис. 1. Схема випробування дослідного зразка
Таке армування, за наявності достатнього зчеплення бетону з арматурою, автоматично забезпечує синхронні умови деформування крихкого матеріалу і силових елементів дослідного зразка, сприяючи стабілізації і затуханню силових деформацій дослідного матеріалу в процесі навантаження і витримки під вантажем. При випробуваннях такого армованого дослідного зразка на стиск після досягнення значень критичних деформацій крихкого матеріалу εmR (рис. 2), який псевдопластично деформується і не може сприймати подальшого збільшення навантаження, арматурні стрижні сприяють перерозподілу напружень і розвантаженню дослідного матеріалу через перерозподіл його релаксуючих напружень на жорсткі силові елементи.
Завдяки такому перерозподілу у дослідному зразку не відбувається інтенсивного неконтрольованого лавиноподібного наростання силових деформацій і швидкості деформування. Це, у свою чергу, сприяє можливості плавного силового деформуванню при подальшому навантаженні дослідного зразка за рівнів його закритичних деформацій εm ≥ εmR до вичерпування максимально можливих значень деформацій силових арматурних елементів.
Загальний вигляд діаграми σm – εm деформування дослідного зразка при стисканні, змодельованої різними параметричними (ключовими) точками 0 … 4, представлено на (рис. 2). В межах лінійної ділянки 0 ... 1 – показана пружна робота матеріалу при напруженнях σm = 0,4 ≤ σmR, де σmR – критичний опір, за який може прийматись межа міцності матеріалу.
Рис. 2. Загальний вигляд діаграми σm – εm
На ділянці 1 ... 2 – проявляються пружно-пластичні деформації матеріалу, в кінці цієї ділянки напруженнях матеріалу досягають максимальних (критичних) значень σm = σmR, відповідних його критичним деформаціям εmR у вершині (точка 2) діаграми. Спадна ділянка 2 ... 3 – моделює роботу матеріалу в умовах, де інтенсивно відбувається його деструктивне перетворення; величина напружень σm матеріалу на цій ділянці діаграми може зменшуватися до рівня закритичних значень σmu при закритичных деформаціях у граничному стані εmu > εmR. Для ділянки 3 … 4 характерне деформування матеріалу за умов найбільш інтенсивного розвитку деструктивних перетворень. Рівень деформування при цьому може збільшуватися до максимально можливих значень εm,lim, за межею яких матеріал перестає задовольняти необхідним експлуатаційним якостям.
Наведені загальновідомі особливості деформування крихкого матеріалу дослідного зразка обумовлені наявністю симетрично розміщених в ньому силових елементів. Такі елементи надають можливість здійснювати автоматичний перерозподіл напружень від релаксації дослідного крихкого матеріалу, розвантажуючи його і надаючи можливість подальшого підвищення зовнішнього навантаження. На фоні показаної зміни картини напружено-деформованого стану відбувається стійке спільне деформування крихкого матеріалу дослідного зразка і силових арматурних елементів. Такі силові елементи виконують функцію автоматичного регулятора швидкості та стабілізації деформування при закритичних рівнях деформацій крихкого матеріалу. Подібна зміна напружено-деформованого стану спостерігається до вичерпування критичних напружень силових арматурних елементів, за межами яких відбувається їх руйнування.
Спосіб визначення механічних характеристик крихких матеріалів здійснюється наступним способом. Повна діаграма деформування крихкого матеріалу σm – εm, яка є основою для визначення зазначених характеристик, моделюється таким чином. За результатами випробовувань дослідного зразка будується залежність Nі – εі, де: Nі – стискаюче навантаження відповідного і – того (і1, і2, … іn) етапу випробування дослідного зразка, εі – деформація дослідного зразка такого етапу випробування. При цьому навантаження відповідних рівнів Nі контролюється силовимірювачем випробувальної машини, а величина деформацій таких рівнів εі може фіксуватися за результатами вимірів: або індикаторами годинного типу з подовженою базою, або тензометрами важільного типу та ін., – установленими на дослідному зразку, як це рекомендується при випробуваннях подібних дослідних зразків - призм.
Висновки. Аналізуючи особливості реалізації запропонованого способу визначення механічних характеристик крихких матеріалів, що входять до складу композитів, слід вважати, що такий спосіб є найбільш прогресивним у порівнянні з відомими аналогами, оскільки він надає можливості отримувати найбільш достовірні результати досліджень міцності й деформативності таких матеріалів, які є основою розробки сучасної деформаційної моделі розрахунку [4] конструктивних елементів.
Література
1. Рахманов В.А. Разработка экспериментальных методов оценки диаграмм деформирования бетона при сжатии / В.А. Рахманов, А.А. Сафонов // Архитектура и строительство. – 2017. № 3. – С. 120 – 125.
2. Спосіб одержання повних діаграм стану. Патент України 52204 А. МКІ Е04С1 / 04 / С.І. Роговий, Д.В. Круглий, Р.І. Пахомов // (Україна) № 2002076000; Заявл. 19.07.2002; Опубл. 17.03.2003, Бюл. № 3. – с. 3.
3. Спосіб визначення механічних характеристик матеріалів. Патент України на корисну модель № 150898; / С.І. Роговий, В.В. Душин, Л.А. Циганенко, Н.М. Срібняк // Заявл. 17.11.2021; Опубл. 04.05.2022, Бюл. № 18. С. 3.
4. Роговой С.И. Нелинейное деформирование в теории железобетона и расчет прочности нормальных сечений / С. И. Роговой // Редакційно-видавничий відділі Полтавського національного технічного університету ім. Ю.Кондратюка. Полтава, 2002. – 183 с.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Інші наукові праці даної секції
-
ВИРІШЕННЯ ПИТАННЯ ТРИВАЛОСТІ ОБРОБКИ ДАНИХ У ЗАДАЧАХ МЕТАЛОЗНАВСТВА
31.10.2022 12:43 -
КАРТОПЛЕКОПАЧІ – ДЛЯ ПІДКОПУВАННЯ КАРТОПЛІ
16.11.2022 13:09 -
ЗНАЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ «ЦИВІЛЬНИЙ ЗАХИСТ» У ПРОФЕСІЙНІЙ ПІДГОТОВЦІ МАГІСТРІВ ТРУДОВОГО НАВЧАННЯ В УМОВАХ ВОЄННОГО СТАНУ
16.11.2022 03:00 -
МЕТОДОЛОГІЯ КОНТРОЛЮ І ПІДТРИМКИ ЯКОСТІ ОБСЛУГОВУВАННЯ У VoIP МЕРЕЖІ
15.11.2022 23:01 -
ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЙ У БУДІВНИЦТВІ
15.11.2022 22:20
Конференції
Конференції 2024
Конференції 2023
Конференції 2022
Конференції 2021
