Введение к работе
Актуальность работы. Реализация многих современных проектов требует разработки конструкций типа оболочек весьма сложного внутреннего строения, как например, ре-зинокордных оболочек, шин и т.п. При проектировании этих конструкций большую роль играют методы теории оболочек, ибо они позволяют наиболее просто проследить влияние тех или иных параметров и подсказать пути улучшения конструкций.
Из всего многообразия современных конструкций особое место в экономике нашей страны занимают системы трубопроводного транспорта, одним из важных узлов которых являются задвижки - наиболее распространенный тип запорной трубопроводной арматуры, предназначенной для полного или частичного перекрытия потока рабочей среды.
Настоящая работа посвящена исследованию конструкции резинокордного патрубка-задвижки (РКПЗ), принципиально отличающейся от существующих задвижек. По сравнению с металлическими задвижками рабочий элемент РКПЗ является эластичным телом, допускающим большие деформации, а по сравнению со шланговыми задвижками, имеющим эластичный рабочий элемент, у РКПЗ отсутствует несущий металлический корпус. Благодаря эластичности и отсутствию несущего металлического корпуса РКПЗ могут служить для компенсации монтажных, температурных и рабочих смещений соединяемых трубопроводов, снижения уровня вибрации и шума. Помимо этого РКПЗ не имеют трущихся и изнашивающихся деталей, не подвержены коррозии и отложениям на поверхностях, контактирующих с жидкостью. Благодаря простоте своей конструкции РКПЗ имеет значительно меньшую стоимость, чем его вышеупомянутые аналоги. Всё перечисленное указывает на то, что РКПЗ могут широко использоваться в водопроводно-канализационных хозяйствах, в химической, горнорудной, металлургической и целлюлозно-бумажной промышленности.
С другой стороны, отсутствие несущего металлического корпуса РКПЗ и связанная с этим необходимость армирования эластичного рабочего элемента кордной тканью вызывает определённые, на первый взгляд вполне обоснованные сомнения в долговечности и надёжности РКПЗ при эксплуатации, что сдерживает их внедрение в промышленность.
В связи с этим задача экспериментально-расчётного исследования резинокордного патрубка, как типового образца разнообразных резинокордных оболочек, широко распространённых в технике и имеющих разное целевое назначение, является весьма актуальной.
Цель диссертационной работы заключается в экспериментальном подтверждении несущей способности резинокордного патрубка (РКП), экспериментальном определении и теоретическом описании основных механических параметров РКП посредством циклических и статических испытаний, математического моделирования напряжённо-деформированного состояния по безмоментной теории сетчатых оболочек вращения с растяжимыми нитями.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:
-
экспериментально исследовать резинокордный патрубок на усталостную выносливость по числу циклов открытия и закрытия;
-
экспериментально исследовать резинокордный патрубок на статическую прочность, математической обработкой опытных данных получить эмпирические зависимости для основных механических параметров РКП;
-
разработать математическую модель резинокордного патрубка по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда;
-
получить численное и приближённое аналитическое решение полной системы уравнений, внести уточнения и эмпирические поправки в построенную математическую модель РКП для лучшего согласования теоретических и экспериментальных данных;
-
дать практические рекомендации по выбору конструктивных параметров резинокордного патрубка и инженерную методику расчёта основных механических параметров РКП.
Объектом исследования является резинокордный патрубок.
Методы исследования основаны на современных подходах экспериментальной механики к проведению и обработке результатов статических и усталостных испытаний, на общепринятых положениях теории сетчатых оболочек, на пакетах прикладных программ для ПЭВМ.
Научная новизна работы:
Получены результаты экспериментального исследования резинокордного патрубка на усталостную выносливость по числу циклов открытия и закрытия, подтверждающие его долговечность и надёжность.
Получены результаты экспериментального исследования резинокордного патрубка на статическую прочность, установлены эмпирические зависимости для основных механических параметров резинокордного патрубка.
Разработана математическая модель резинокордного патрубка по теории сетчатых
оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда, получены результаты чис
ленного и приближённого аналитического решения полной системы уравнений.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается соблю
дением общих требований экспериментальной механики, строгим и обоснованным при
менением методов и общепринятых допущений теории сетчатых оболочек; адекватным
использованием математического аппарата и прикладного программного обеспечения;
подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретиче
ских исследований с экспериментальными данными.
Практическая ценность работы:
Методика расчёта основных механических параметров резинокордного патрубка.
Возможность использования результатов проведённых экспериментальных исследований для верификации других, более общих математических моделей теории оболочек.
Разработанный метод построения приближённого решения полной системы уравнений может быть использован для расчёта резинокордных оболочек разной конструкции.
Экспериментально подтверждены долговечность и надёжность конструкции резинокордного патрубка-задвижки, что способствует широкому внедрению в промышленность.
Реализация работы:
результаты проведённых исследований переданы в конструкторский отдел ОАО «Ар-матурно-фланцевый завод» (г. Омск);
результаты исследований вместе со стендом для статических испытаний используются в учебном процессе ОмГТУ по специальности 151600.62 - Прикладная механика, профиль подготовки - Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты экспериментального исследования резинокордного патрубка на усталостную выносливость по числу циклов открытия и закрытия.
-
Результаты экспериментального исследования резинокордного патрубка на статическую прочность в виде эмпирических зависимостей для основных механических параметров.
-
Математическая модель резинокордного патрубка, построенная по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и позволяющая с достаточной для практики точностью описывать основные механические параметры резинокордного патрубка.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы были представлены на VIII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2012 г.), на VII Всероссийской научной конференции «Проблемы разработки, изготовления и эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники», посвященной памяти главного конструктора ПО «Полет» А.С. Клинышкова (Омск, 2012 г.), на межкафедральном научно-техническом семинаре по проблемам механики им. В.Д. Белого (ОмГТУ, рук. проф. П.Д. Балакин, проф. Ю.А. Бурьян).
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 3 научные статьи в журналах из перечня ВАК, 1 патент РФ на изобретение, 3 публикации в материалах Международных и Всероссийских конференций, 1 монография. Без соавторов опубликованы 2 печатные работы, из них 1 научная статья в журнале из перечня ВАК.
Благодарность. Хочу почтить словами благодарности светлую память моего отца, доктора технических наук ТРИБЕЛЬСКОГО ИОСИФА АЛЕКСАНДРОВИЧА, оказавшего неоценимую помощь при постановке задач исследования и выборе способов их решения.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, перечня основных результатов и общих выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 120 страницах (общий объём с приложениями - 164 страницы), содержит 131 рисунок, 18 таблиц и библиографический список из 57 наименований.
Похожие диссертации на Экспериментально-расчетное исследование резинокордного патрубка-задвижки
