Введение к работе
Актуальность темы
Древесина обладает целым рядом свойств, которые позволяют широко использовать ее в различных отраслях: деревообрабатывающей, деревянном домостроении, транспорте, энергетике и др. Одной из важнейших технических задач является повышение эффективности использования древесины за счет применения конструкций и изделий с малой материалоемкостью и высокими эксплуатационными параметрами.
Для рационального использования древесины при изготовлении новых видов деревянных конструкций, усиления узлов и сопряжений в настоящее время целесообразно применение новых материалов и технических решений с использованием наноклеевых композиций.
Такие решения позволяют создать конструкции с высокими прочностными и жесткостными характеристиками и могут способствовать снижению расхода древесины и повышению эксплуатационной надежности деревянных конструкций.
Наибольший интерес представляют элементы конструкций и технологии изготовления деревянных конструкций с применением современных композиционных полимерных материалов с включением в их состав углеродніьіх нанотрубок, что существенно повышает их несущую способность. Поэтому проведение исследований в этом направлении является актуальным.
Цель исследований - совершенствование деревокомпозитных конструкций на основе эпоксидной матрицы с включением углеродных нанотрубок и стеклоткани, научно обоснованное увеличение прочностных и жесткостных характеристик, повышающих эксплуатационную надежность.
Для достижения поставленной цели определены задачи:
-
Провести системный анализ решения вопросов повышения прочности, долговечности, эффективного использования древесины в композитных конструкциях.
-
Разработать технические и технологические решения деревокомпозитных конструкций с использованием полимерных клеевых композиций с применением углеродных нанотрубок.
-
Провести теоретические исследования деревокомпозитных конструкций с оценкой влияния включения углеродных нанотрубок в состав полимерных клеев на напряженно-деформированное состояние (НДС) древесины.
-
Выполнить экспериментальные исследования по оценке прочности и деформативности деревокомпозитных балок.
-
Усовершенствовать технологию изготовления деревокомпозитных балок с применением наноклеевых композиций.
6. Разработать рекомендации по совершенствованию методик расчета и технологии изготовления деревокомпозитных балок.
Научная новизна результатов исследований:
получены новые результаты экспериментально-теоретических исследований, отражающие особенности работы деревокомпозитных конструкций с включением в клеевую композицию углеродных нанотрубок;
теоретически определены параметры НДС деревокомпозитнои конструкции с применением сертифицированного программного комплекса «Лира 9.2»;
разработана новая конструкция балки из древесины с включением нано-ткани в краевые зоны;
обоснована и разработана технология изготовления деревокомпозитных балок с включением в состав клеевой композиции углеродных нанотрубок;
экспериментально доказана возможность повышения прочности и жесткости деревокомпозитнои конструкции с использованием наноклеевых композиций;
установлена степень влияния углеродных нанотрубок в клеевой композиции на НДС конструкции балки;
научно обоснованы направления практического использования деревокомпозитных балочных конструкций.
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований дерево
композитных балочных конструкций;
результаты исследований качественной и количественной характеристики прочности и деформативности композитных балок;
уточненная методика инженерного расчета деревокомпозитных балочных конструкций;
научно обоснованные рекомендации по совершенствованию технологии изготовления и предложения по повышению эксплуатационной надежности деревокомпозитных конструкций;
Практическая значимость работы
Результаты исследования расширяют область применения деревокомпозитных конструкций, повышают эффективность применения древесины в композитных конструкциях и их эксплуатационную надежность.
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью поставленных задач, использованием принятых в строительной механике гипотез и допущений; современными средствами исследования с применением сертифицированной инструментальной базы; методикой проведения численных экспериментов с использованием вычислительных программ; приемлемой сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований.
Реализация результатов работы
Результаты исследований использованы при разработке совместно с ГУ «Промстройпроект» альбома рабочих чертежей «Композитные балки междуэтажных перекрытий пролетом 6 м», в ТУ на изготовление балок, в учебном процессе, внедрены при проектировании усиления междуэтажных перекрытий деревянных жилых домов (г. Владимир).
Апробация работы
Основные положения работы и результаты исследований доложены на Международном симпозиуме «Современные строительные конструкции из дерева и пластмасс» (г. Одесса, 2012 г); международной научно-технической конференции «Строительная наука 2010» (г. Владимир, 2010 г.); научной конференции «Проблемы устойчивости и безопасности систем жизнеобеспечения городов и сферы жилищно-коммунального хозяйства» (г. Москва, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники» (г. Пшемысль, Польша, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Дни науки — 2012» (г. Прага, Чехия, 2012 г.), научно-технический семинар лесотехнического института САФУ (г. Архангельск, 2012 г.), участие в гранте «Разработка образовательной программы повышения квалификации и учебно-методического комплекса в сфере производства наномо-дифицированного ПЭТ-волокна и нетканых материалов на его осно-ве»(г.Владимир, 2012 г.)
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе одна в издании по перечню ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, библиографического списка включающего 135 наименований. Изложена на 157 страницах и содержит 70 рисунков, 5 таблиц, приложение.