Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обоснование актуальности исследования и конструкция ПСП 11
1.1. Объект исследования 11
1.2. Анализ ударных воздействий 14
1.3. Выбор математической модели 22
1.4. Обзор критериев разрушения
1.4.1. Критерии классических теорий прочности 33
1.4.2. Критерии прочности механики разрушения 36
1.4.3. Критерий разрушения Новожилова-Кадашевича
1.5. Тканая металлическая сетка 41
1.6. Упругопластическая деформация проволочек несущей сетки 46
Выводы по главе 1 53
Глава 2. Динамика и прочность псп при вибровоздействии ...55
2.1. Дифференциальные уравнения вынужденных колебаний ПСП 55
2.1.1. Обобщённые координаты и связанные с ними расчётные формулы 57
2.1.2. Обобщённые силы и уравнения равновесия 59
2.1.3. Матрица коэффициентов инерции 60
2.2. Расчётные формулы вибропрочности ПСП 60
2.2.1. Матрица коэффициентов жёсткости, линеаризованные уравнения движения 61
2.2.2. Решение линейных уравнений вынужденных колебаний ПСП 62
2.2.3. Расчёт усилий и напряжений в проволочках несущей сетки 67
2.2.4. Критерий усталостной прочности при упругом деформировании... 68
2.3. Оценка вибропрочности ПСП 70
Выводы по главе 2 81
Глава 3. Динамика и прочность псп при ударных воздействиях
3.1. Предварительный качественный анализ динамики ПСП 82
3.2. Вертикальный удар 93
3.3. Кромочный удар 112
3.4. Нормальный удар 124
Выводы по главе 3 140
Глава 4. Экспериментальное исследование ПСП 141
4.1. Экспериментальное определение механических характеристик несущей металлической сетки 142
4.1.1.Статические испытания 143
4.1.2. Динамические испытания 149
4.1.3. Выводы по экспериментальному исследованию сетки 154
4.2. Экспериментальное определение собственных частот конструкции ПСП 1х5...155
4.2.1.Данные для аналитического расчёта 155
4.2.2. Эксперимент по определению собственных частот ПСП 5х1 156
Выводы по 4 главе 159
Заключение 160
Литература
- Обзор критериев разрушения
- Обобщённые силы и уравнения равновесия
- Кромочный удар
- Выводы по экспериментальному исследованию сетки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Рассматриваемая в диссертации пластинчато-сетчатая панель (ПСП) - новый класс звукоизолирующих панелей, не имеющих аналогов в мире. ПСП выполнена в виде слоистой конструкции из материалов с различными физико-механическими свойствами. Квадратные металлические пластины установлены с двух сторон на гибком материале (металлической сетке), обложенной несколькими слоями базальтовой ткани. Боковые поверхности пластин имеют скосы или скруглены, между ними имеется зазор, что в совокупности обеспечивает гибкость панели в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Преимуществами ПСП являются технологичность, не токсичность, малая толщина, пожаробезопасность.
На сегодняшний день разработан метод расчёта виброакустических характеристик рассматриваемой гибкой панели, существуют результаты испытаний, подтверждающие высокие звукоизолирующие свойства ПСП. Открытым остаётся важный вопрос о вибропрочности и ударопрочности конструкции, что и обуславливает актуальность проблемы.
Цель диссертационной работы заключается в разработке инженерной методики для оценки ПСП на вибропрочность и ударопрочность, необходимой для разработки ПСП с заданными свойствами на стадии проектирования.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:
осуществить выбор расчётной схемы и разработать математическую модель ПСП;
получить аналитическое решение линеаризованной задачи свободных и вынужденных колебаний ПСП при гармоническом характере внешнего кинематического воздействия;
разработать расчётную методику и алгоритм для оценки ПСП на вибропрочность и ударопрочность;
дать практические рекомендации по улучшению конструкции ПСП для повышения её ударостойкости;
провести экспериментальное исследование по определению основных механических характеристик металлической тканой сетки, входящей в состав ПСП;
провести экспериментальное исследование по определению собственных частот упрощённой конструкции ПСП.
Научная новизна:
-
Предложена математическая модель малых колебаний пластинчато-сетчатой панели.
-
Предложен прямой метод введения нормальных (главных) координат, позволяющий получить общее аналитическое решение свободных и вынужденных колебаний консервативной системы с конечным числом степеней свободы.
-
Получены результаты экспериментальных исследований механических характеристик металлической тканой сетки, входящей в состав ПСП.
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что они позволяют проводить статические и динамические расчёты ПСП, оценивать вибрационную выносливость и ударную прочность существующих и вновь создаваемых конструкций ПСП.
Применение предложенной в работе модификации исходной конструкции ПСП позволяет улучшить эксплуатационные свойства существующих ПСП за счёт повышения ударопрочности.
Положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель малых колебаний ПСП.
-
Прямой метод введения нормальных (главных) координат.
-
Методика оценки вибрационной прочности ПСП.
-
Методика оценки ударной прочности ПСП. Апробация работы. Основные положения работы представлены на IV
Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Россия молодая: передовые технологии в промышленность» (Омск, 15-17 ноября 2011 г.); VIII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 13-15 ноября 2012 г.); IX Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 11-13 ноября 2014 г.); на межкафедральном научно-техническом семинаре по проблемам механики им. В.Д. Белого ОмГТУ, рук. проф. П.Д. Балакин, проф. Ю.А. Бурьян).
Публикации. По теме диссертационной опубликовано 7 научных работ, из которых 2 в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертационных работ. Получено свидетельство о регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО №20774 (от: 11.02.2015 г.).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе, списка литературы, списка обозначений. Общий объем работы составляет 172 страницы, включая 80 рисунков, 21 таблицу и одно приложение. Список литературы содержит 80 наименований.
Обзор критериев разрушения
Эксплуатация транспортных средств и оборудования сопровождается, как правило, повышенным шумом. Подавление шума и вибраций стало актуальной проблемой современности, так как ее решение может, с одной стороны, обеспечить здоровые условия труда на производстве, а с другой, – высвободить дополнительные резервы для увеличения производительности труда, что в конечном счете полностью оправдает материальные затраты на борьбу с шумом и вибрациями в промышленности [5, 6, 70, 77].
Наряду с вредным воздействием шума и вибрации на здоровье человека, в определённых областях техники существует проблема необходимости «скрыть» объект, т.е. необходимо обеспечить невидимость и невозможность акустического обнаружения [48].
Основное средство защиты от шума – звукоизоляция. Наибольшее количество разработок связано с созданием способов и средств уменьшения шума и вибраций за счет оптимального комплексного сочетания средств вибропоглощения, звукопоглощения, звукоизоляции, виброизоляции, а также применения легких, прочных, экологически чистых конструкционных материалов и покрытий с высоким демпфированием и звукопоглощением.
Всем этим требованиям удовлетворяет пластинчато-сетчатая панель (ПСП) – новый класс гибких звукоизолирующих панелей, не имеющих аналогов в мировой практике, ориентированных на работу в области низких звуковых частот. Конструкция защищена патентами РФ [34, 35].
Среди существующих звукоизолирующих конструкций новая панель отличается высокой гибкостью, что позволяет транспортировать панель для монтажа в труднодоступных местах, и высокой термостойкостью, это даёт возможность использования панели в помещениях с опасностью возгорания. Базальтовое волокно, используемое в качестве звукопоглощающего материала, абсолютно инертно и не имеет ограничений, налагаемых требованиями по охране окружающей среды.
Задача предлагаемого изобретения [34] состоит в том, чтобы обеспечить эффективную звукоизоляцию при исключении звуковых резонансов панели, крепление панели на криволинейной поверхности корпуса, сократить толщину панели, применить негорючий материал с высоким коэффициентом звукопоглощения, способного работать при температуре до 800С.
Сущность изобретения заключается в том, что ПСП (рис.1.1) содержит звукоотражающую панель и звукопоглощающий материал. Звукоотражающая панель выполнена в виде отдельных геометрических фигур (например, квадратных пластин), закрепленных с обеих сторон на гибком материале, в частности, на металлической сетке, обложенной с обеих сторон тканью из базальтового волокна от 2 до 20 слоев. При этом верхние квадратные пластины могут быть смещены относительно нижних на величину от 1,0 до 10,0 мм, а боковые поверхности квадратных пластин имеют скосы в пределах от 2 до 60.
На сегодняшний день существуют результаты испытаний сетчато-пластинчатой звукоизолирующей панели на аттестованной экспериментальной базе испытательного центра «Ритм» ОАО «ЦТСС», г. Санкт-Петербург (реверберационные камеры) [67]. Кроме этого, в работе [7] разработан метод расчёта виброакустических характеристик и разработан метод измерения виброакустических характеристик рассматриваемой гибкой панели с использованием акустического интерферометра. Результаты этих работ подтверждают высокие звукоизолирующие свойства ПСП.
На данный момент остаётся открытым важный вопрос о вибро-, ударопрочности и долговечности конструкции. В работе предлагается инженерная методика для оценки на вибропрочность и ударопрочность существующих и вновь создаваемых конструкций ПСП. Следует отметить, что металлическая сетка, входящая в состав ПСП в качестве несущего элемента, применяется впервые. На сегодняшний день нет данных по исследованию механических характеристик сетки и проволочек, из которых сетка изготовлена.
Указанные причины обуславливают актуальность диссертационной работы. Представлена инженерная методика по оценке вибропрочности, ударостойкости и долговечности пластинчато-сетчатой панели, экспериментальное исследование механических характеристик несущей сетки. Проверка достоверности предложенной методики осуществлена на основе экспериментального исследования по определению собственных частот упрощённой конструкции ПСП.
Изучать удар начали со времен Леонардо да Винчи; этим занимались Галилей, Ньютон, Гюйгенс, Декарт, Мариот, Лейбниц [10, 30, 69]. Они рассматривали процесс динамического взаимодействия двух тел как мгновенный процесс и оценивали лишь конечный результат удара – изменение скоростей тел. Декарт ввел понятие количества движения. Ньютон сформулировал основные законы механики, рассмотрел упругий и неупругий удар, ввел понятие коэффициента восстановления энергии при ударе. Гюйгенс сформулировал закон сохранения импульса при контактном взаимодействии тел.
Ударом называется такое движение, при котором имеет место взаимодействие движущихся тел, сопровождающееся частичным или полным переходом кинетической энергии соударяющихся тел в потенциальную энергию упругой деформации, и в так называемую внутреннюю энергию тел, увеличение которой приводит к нагреву и накоплению повреждений [30]. Этот процесс происходит в малом (ограниченном) пространстве за время, значительно меньшее периода собственных колебаний соударяющихся тел. В процессе соударения, в большинстве случаев, возникает упругопластическая деформация. Кроме того, внезапно приложенная сила или внезапное изменение движения упругой системы, т.е. удар, заставляет ее совершать колебательные движения, в том числе собственные.
Процесс удара можно разделить на два этапа. Во время первого (активного) этапа происходит нагружение тел, контактная сила возрастает, и деформация в зоне контакта носит упругопластический характер. Во время второго (пассивного) этапа контактная сила уменьшается, при её равенстве нулю нарушается контакт соударяющихся тел и происходит их разгрузка, при этом восстанавливается свойство упругой деформации. Во время первого этапа в различных конструкциях могут возникать резонансные явления [69], затухание которых продолжаются и после окончания второго этапа.
На практике удары могут быть одиночными и многократными, повторяющиеся периодически. В зависимости от характера процессов ударного воздействия различают простые (рис. 1.2, а, б) и сложные формы ударных импульсов (рис. 1.2, в). На графиках на оси ординат может обозначать деформацию ударяемого тела или перемещения ударяющего тела, или другой параметр процесса удара.
Обобщённые силы и уравнения равновесия
Для описания процесса упругопластического деформирования проволочек несущей металлической сетки применим теорию пластического течения [20, 27, 31, 64]. Следуя [23], определим сначала понятие относительной пластической деформации растяжения-сжатия sp, отвечающей текущему напряжению а и текущей деформации (относительному удлинению) растяжения-сжатия є: sp =s-o/E. (1.37) Смысл данного понятия поясняет рис. 1.18, если в качестве текущего состояния взять напряжённо-деформированное состояние в точке В диаграммы растяжения: 5 = євp = єв - ав /Е . Если sp Ф 0, то режим деформирования является пластическим. Если же sp = 0, то режим деформирования называется упругим (изопластическим). Здесь и далее точка сверху обозначает дифференцирование по времени t. Формулу (1.37) можно преобразовать к виду а = Е\г-гp). (1.38)
С логической точки зрения зависимость (1.38) справедлива при любом режиме деформирования, как любое следствие принятого определения. Поэтому в дальнейшем зависимость (1.38) будем называть универсальной зависимостью. Она очень удобна для практических расчётов, если известен закон изменения пластической деформации єp(ґ).
По принципу макроскопической определимости А.А. Ильюшина [18] напряжение а является функционалом от предыстории деформирования: Для упрощения функционала (1.39) процесс упругопластического деформирования можно представить как чередование стадий упругого и пластического деформирования (рис. 1.19), каждая из которых описывается некоторой однозначной функцией от деформации s, пластической деформации sp и скорости её изменения sp. Чтобы получить явный вид указанных функций, проще всего воспользоваться структурной (реологической) моделью материала проволочки (рис. 1.20).
Нетрудно убедиться, что по формулам (1.40) получается такая же билинейная диаграмма растяжения, как на рис. 1.18 и рис. 1.19, если только модуль упрочнения М, модуль Юнга Е и предел сухого (пластического) трения аp являются постоянными величинами. Исходя из рис. 1.18, по формулам (1.40) имеем ат = аp, ав = М8 + аp, (1.41) поскольку в начальный момент єp(0) = 0. Отсюда получаем (1.42) ав -стт аp = ат, М = что совместно с универсальной зависимостью (1.38) полностью определяет модель упругопластического деформирования материала проволочек.
Приравняем универсальную зависимость (1.38) и нижнюю функцию (1.40) с учётом (1.41): которое представляет собой деформационное условие пластичности. Когда выполняется равенство (1.45), имеет место пластический режим деформирования. Упругий режим деформирования имеет место, если
При известном законе деформирования s(t) с помощью дифференциального уравнения (1.51) рассчитывается закон изменения пластической деформации єp(ґ), а затем с использованием универсальной зависимости (1.38) устанавливается закон изменения напряжения а(ґ).
Для описания процесса накопления повреждений при упругопластическом деформировании материала проволочек воспользуемся энергетическим подходом [31], который даёт приемлемую для практики точность [4]. В случае растяжения (сжатия) энергетический критерий разрушения Новожилова-Кадашевича формулируется наиболее просто. При пластическом деформировании напряжение определяется в соответствии с нижней формулой (1.40):
В первой главе была представлена конструктивная схема пластинчато-сетчатой панели, обоснована актуальность работы по разработке методики оценки на вибропрочность и ударопрочность ПСП в виду отсутствия таких исследований. Аргументирован выбор двух типов испытаний (на усталостную выносливость и одиночный удар), воздействие от которых позволяют оценить работоспособность конструкции.
Сравнивались различные подходы к математическому моделированию динамики, упругопластического деформирования и разрушения элементов конструкции ПСП. Выбранная математическая модель такова что, с одной стороны, она способна дать достоверную оценку ударостойкости ПСП, а, с другой стороны, достаточно проста, не требует значительных затрат памяти и времени при численном расчете на ЭВМ.
В качестве расчётной схемы берётся конструкция ПСП 15х1, состоящей из одного ряда 15-ти сдвоенных пластин, попарно связанных между собой совокупностью стальных проволочек, работающих на растяжение и сжатие. Если при назначенном уровне внешних нагрузок не происходит разрушения по принятой расчетной схеме ПСП 15х1, то при натурных испытаниях не будет наблюдаться разрушение испытуемой конструкции ПСП 15х15.
Для повышения ударной прочности ПСП 15х1 было предложено два варианта конструктивных изменений: частично и полностью модифицированная конструкция ПСП.
Уделено внимание тканой сетке, входящей в конструкцию ПСП, в частности, рассмотрены вопросы, связанные с механическими свойствами материала проволочек несущей сетки и упругопластической деформацией проволочек. Указывается на необходимость экспериментального исследования сетки. Полученные экспериментальным путём механические характеристики материала проволочек предлагается схематизировать по билинейной диаграмме.
Получен расчётный закон изменения пластической деформации при применении энергетического критерия Новожилова-Кадашевича, для описания процесса накопления повреждений.
Цель диссертационной работы заключается в разработке инженерной методики для оценки ПСП на вибропрочность и ударопрочность, необходимой для разработки ПСП с заданными свойствами на стадии проектирования. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования: - получить аналитическое решение линеаризованной задачи свободных и вынужденных колебаний ПСП при гармоническом характере внешнего кинематического воздействия; - разработать инженерную методику и алгоритм для оценки ПСП на вибропрочность и ударопрочность; - провести экспериментальное исследование по определению основных механических характеристик металлической тканой сетки, входящей в состав ПСП; - провести экспериментальное исследование по определению собственных частот упрощённой конструкции ПСП.
Кромочный удар
Приведём пример численного расчёта ПСП 15x1 на вибропрочность со следующими параметрами (рис. 1.1): а =65,4 мм, Ъ=А мм, с =1,5 мм, А=1 мм; рпл =7800 кг/м3 - плотность материала пластинки; Nn =68. Масса и главные центральные моменты инерции одной пластинки равны тіт = Рпл 2 = 01334 кг, (2.84) J =J = т уа2 + Ь2)/\2 = 4.774-10 5 кг-м2, (2.85) J = т а2/6 = 9.513-10 5 кг-м2. (2.86) При записи формул (2.84)-(2.86) приближённо полагалось, что пластинки имеют форму прямоугольного параллелепипеда. Соответственно, масса и главные центральные моменты инерции жёстко связанных сдвоенных пластинок определятся значениями . В качестве несущей металлической сетки рассмотрим сетку 1-0.9-0.22 12X18Н9Т, широко используемую в ПСП [7, 33], диаметр проволочек а? =0,22 мм.
По ГОСТ 18143-72 «Проволока из высоколегированной коррозионностойкой и жаростойкой стали. Технические условия» несущая сетка 1-0.9-0.22 12X18Н9Т ГОСТ 3826-82 изготавливается из либо термообработанной, либо холоднотянутой проволоки (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Механические характеристики стали 12X18Н9Т по ГОСТ 18143- Термообработанная Холоднотянутая
Марка стали Диаметр проволоки Временноесопротивлениеразрыву,Н/мм2 Относительное удлинение, %; при расчётнойдлине образца 100 мм Временное сопротивление разрыву, Н/мм2 класс 2 класс не менее 12Х18Н9Т 0.20-1.00 590-880 25 20 1130-1470
Как видно, данных ГОСТ 18143-72 явно недостаточно. Поэтому обратимся к справочной литературе. По справочнику [46] термообработанная сталь 12X18Н9Т при температуре 20С имеет следующие характеристики: Е=195 ГПа, ат=196 МПа, ав=540 МПа, 8=40 %. С другой стороны, при 20С лист толщиной 2 мм из стали 12X18Н9Т со степенью холодной пластической деформации 60 % обладает следующими свойствами [51]: ат=1290 МПа, ав=1330 МПа, 8=10 %. Сопоставляя имеющиеся справочные данные и учитывая широкий разброс механических характеристик материала проволочек в состоянии поставки, принимаем следующие предельные значения, ограничивающие диапазон изменения свойств стали 12Х18Н9Т (табл. 2.2).
Приведённые данные отвечают наиболее широкому диапазону значений, которые могут принимать указанные характеристики материала в состоянии поставки. Аналогично, в справочной литературе, отсутствуют достоверные данные и о пределе выносливости а 1 для термообработанной и холоднотянутой проволоки из стали 12Х18Н9Т. Поэтому обратимся к приблизительным оценкам данной величины [63]. Обычно считается, что для сталей предел выносливости при изгибе составляет, грубо говоря, половину от предела прочности1:
С другой стороны, в условиях циклического растяжения и сжатия предел выносливости о_1 оказывается на 10…20 % ниже, чем предел выносливости о_1 при изгибе [63]. На основании этого принимаем для холоднотянутой и термообработанной проволоки соответственно (табл. 2.3). Для углеродистых сталей – ближе к нижней границе, для легированных – к верхней. Таблица 2.3. Предел выносливости а 1 проволоки из стали 12Х18Н9Т
Ниже приведены результаты расчёта собственных частот ПСП 15х1 (исходной, частично и полностью модифицированной конструкции), полученные для положения равновесия, в котором величина стрелки прогиба max =и3(п = 80 устанавливается равной 30 мм (см. рис. 2.1). Конструктивно это обеспечивается за счёт смещения пластин п = 1 и п = 15 навстречу друг другу с целью снижения уровня начальных напряжений в проволочках. Значения необходимой величины смещения Аим приведены в табл. 2.4.
Параметры ПСП 15х1 Тип конструкции Рабочая длинапроволочек l0 ,мм Глубина / проточкив пластинах, мм Монтажное смещение Аим, мм Исходная 5 (5) 2 (2) 2.785 Частично модифицированная 17 (5) 8 (2) 2.779 (5) 10 (2) 2.777 Полностью модифицированная 17 (17) 8 (8) 2.728 (21) 10 (10) 2.703 Примечание. Здесь и везде далее без скобок указана рабочая длина проволочек из крайних рядов п = 1 и и = 14, а в скобках - для остальных рядов; аналогичным образом указана глубина проточки в пластинах, примыкающих к крайним и остальным рядам проволочек (рис. 1.8).
Собственные частоты колебаний, рассчитанные по формулам разд. 2.2.2, имеют одинаковые значения для ПСП как с холоднотянутой, так и термообработанной проволокой, так как благодаря монтажным смещениям все проволочки в положении равновесия находятся в области упругого деформирования. Значения собственных частот сведены в табл. 2.5. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) коэффициента запаса вибропрочности, построенные по формулам разд. 2.2.4 для ПСП 15x1 разной конструкции с холоднотянутой и термообработанной проволокой (рис. 2.7-рис. 2.16), показывают, что практически во всём диапазоне частот испытаний 5...60 Гц удовлетворяется требование сохранения несущей способности (вибростойкости и долговечности) ПСП при базовом числе циклов NE = 107.
Выводы по экспериментальному исследованию сетки
Одним из способов проверки адекватности математических моделей является сравнение результатов натурных и численных экспериментов. В работе получаемые экспериментально значения собственных частот сравниваются со значениями, полученными численным методом, это позволяет произвести оценку корректности соответствующей математической модели.
Размеры пластинок в конструкции ПСП (рис. 1.1), могут быть различными. Предложенная методика оценки ПСП на вибропрочность, реализованная в программе MathCad, позволяет получить численный результат для конструкции с любыми размерами пластинок.
Кроме габаритных размеров пластинок необходима информация о механических характеристиках металлической несущей сетки. Данные по характеристикам, такие как модуль Юнга, предел текучести и предел прочности, в разных справочниках довольно сильно разнятся (разд. 2.2) [14, 46, 51]. Более того, рекомендованный в справочной литературе модуль Юнга для стали, получаемый при стандартных испытаниях на растяжение, равный
1,95-105 МПа, нельзя применить к металлической сетке, в виду того, что материал проволочек, из которых состоит сетка, в процессе её изготовления испытывает значительные пластические деформации [17, 65, 79, 80].
По указанным причинам, возникла необходимость проведения экспериментальных уточняющих исследований тканной металлической сетки, входящей в состав ПСП, т.к. в специальной литературе и справочниках отсутствуют данные по механическим характеристикам металлической сетки из нержавеющей стали.
Таким образом, экспериментальное исследование состоит из двух частей: исследование сетки, для получения требуемых механических характеристик, и определение экспериментальных значений величин собственных частот конструкции ПСП 1х5.
Металлические сетки с малым шагом находят широкое применение при изготовлении упругих элементов звукоизолирующих панелей и динамических гасителей низкочастотных колебаний из-за относительно малой жесткости и массы. При этом жесткостью на изгиб можно пренебречь, а при оценке жесткости на растяжение и динамической выносливости сеток необходимо учитывать особенности работы проволочек в составе сеток. В материале проволоки после плетения сетки имеются остаточные напряжения, что снижает динамическую выносливость сетки.
Проволока сетки имеет случайный разброс пределов упругости и фактической длины. Поэтому жесткость сетки может отличаться от суммы расчетных жесткостей проволочек, а выносливость определяется выносливостью слабой проволоки. После разрушения последней возрастает нагрузка на другие проволоки, и процесс дальнейшего разрушения может происходить по эффекту домино.
В конструкции ПСП применяется сетка 1-0.9-0.22 12Х18Н9Т [7, 33], т.е. сетка нержавеющая тканная из высоколегированной стали 12Х18Н9Т, с номинальным размером ячейки в свету 0,9 мм, из проволоки диаметром 0,22 мм; группы 1 (рис.4.1).
Изогнутая форма проволоки, извлечённой из сетки, означает, что после изготовления сетки в материале имеются остаточные напряжения из-за пластической деформации, возникающей при плетении. Этот факт ещё раз указывает, что справочное значение механических характеристик стали 12Х18Н9Т будут отличаться от механических характеристик для сетки из той же стали.
Проведение статических испытаний осуществлялось двумя способами: 1. Испытание извлечённых из сетки проволочек на стенде (мягкий режим). 2. Испытание извлечённых из сетки проволочек и элементов сетки на разрывной машине ZWICK/ROELL Z010 (жёсткий режим). Первый тип испытаний был проведён для грубой оценки модуля Юнга материала проволочек тканой сетки. Небольшое уменьшение модуля упругости после пластической деформации отмечено в работах [11], [74]. Проведение этого испытания должно было качественно подтвердить или опровергнуть предположение о снижении значения модуля Юнга вследствие кривизны проволоки и её предварительного пластического деформирования. В результате, значение модуля Юнга для материала проволочек, извлечённых из сетки (так называемый эффективный модуль Юнга Е"фф), оказался около 7 раз меньше табличного значения для стали. Проведение второго типа испытаний обусловлено необходимостью для расчёта ПСП значений механических характеристик материала проволочек в составе сетки. По результатам второго типа испытания, полученные при первом типе испытаний значения эффективного модуля Юнга EnA±, подтвердились.