Введение к работе
Актуальность работы. 3 настоящее время сфзропластики (син-тактные материалы, полученные введением стеклянных полых микросфер диаметром 3-80 ккм в эпоксидную матрицу ЭХЛ) находят все большое применение в качестве наполнителей блоков плавучести глубоководных аппаратов и в различных вспомогательных конструкциях, работающих под высоким гидростатическим давление!!. Необходимость обеспечения гарантированного всплытия глубоководных аппаратов с заданными параметрами и при ограниченна, массогаба-ритных показателях блоков требует тщательного экспериментального изучения деформативных и прочностных характеристик исследуемого материала, а также его объемного Еодопоглоденкл.
Однако в известных на данное время работах вопрос о выборе рациональных методов описания поведения исследуемых материалов под действием гидростатического давления не можэт считаться полностью ревенным. Это относится з первую очередь к мгновенному н длительному деформлровакиа исследуемых сфоропластикоз при стационарных и программных режимах нагруженкя, кроме того, отсутствуют необходимые экспериментальные данные о водопоглоцении исследуемых материалов и их объемной ползучести и учетом водо-поглоцония, а также недостаточно сведений о сопротивлении сфе-ропластиков объемному разрушению. Тем более отсутствуют необходимые определяющие уравнения для оценки изменения плазучести глубоководных аппаратов во время пребывания блоков из синтакти-ка под давлением в морской воде. В связи с этик актуальным является проводимое в данной диссертации исследование мгновенно-упругого и вязкоупругого деформирования сферопластика под действием гидростатического давления, а также его объемного водо-поглощэния при стационарных и программных режимах нагружения.
Методы исследования, разработанные при выполнении этой работы, могут найти применение и в других аналогичных задачах.
Цель и основные задачи исследования. Целью работы является создание универсального уравнения плавучести глубоководного ап-
парата, позволявшее учитывать мгновенное деформирование и разгрузку, прямую и обратную объемную ползучесть с учетом объемного водопоглоцення в зависимости от времени при стационарном и программных нагруяениях гидростатическим давлением. В соответствии с поставленной целью, в данной работе намечены и решены следующие задачи.
-
Провести экспериментальное исследование мгновенного деформирования и объемной ползучести защищенных и незащищенных образцов оферопластика, пряменясщогося в блоках плавучести глубоководных аш^ратов при стационарном и программных нагружениях гидростатическим давлением с целью пол/чения конкретных данных по упруглм постоянным и определяющим параметрам уравнения механического состояния.
-
Зиполнить экспериментальное исследование водопоглощения образцов из сфоропластика при различных гидростатических давлениях с определением послойнод диффузии морской воды в материал образца,
-
Провести серию опытов по выявлению субмикрокапиллярного потока жидкости в материале блока плавучести при действии гидростатического давления и определить размеры дефектов (капилляров), нообходкмыэ для расчета геометрической части свободного объема образцов.
-
Осуществить математическое планирование экспериментов во всех случаях по пунктам 1-3, т.к. количество варьируемых параметров велико.
-
На основании обобщения и статистической обработки экспериментального материала составить определяющее уравнение плавучести блоков из сферопластика. Такое уравнение должно содержать зависимость подъемной силы от гидростатического давления и времени пребыванкя аппарата под водой при этом давлении. В этой зависимости должен фигурировать эффективный объем блока плавучести, как разность между исходным объемом в сухом состоянии и объемом, заполняющимся водой с течением времени.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использовались методы механики деформируемого твердого тела, прикладной математики и математического планирования, численные методы. Экспериментальные исследования проводились на стандарт-?
ном и оригинальном оборудовании по известным и новим методикам с использованием современных измерительна приборов, методов планирования экспериментов и математической статистик::. Научная новизна работы заключается в следующем.
-
Экспериментально исследована объемная прямая и обратная ползучесть защищенных и незащищенных образцов из с Церопластика (ТУ 6-05-221-652-62) при стационарных и программных нагру.чениях гидростатическим давлением.
-
Разработана методика проведения эксперимента и исследовано объемное водопоглощенио сферопластика при етздюмуриых и программных режимах кагружения гидростатическим давлением с подразделением процесса на оубмикрокапиллярную фильтрац«л ;і активированную диффузию.
3. Определена диаграмма гидростатического сжатия сферопластика, позволяющая количественно оценивать геометрическую часть свободного объема материала-матрицы сферопластика.
4. Разработана эффективная программа реализации математи
ческого планирования экспериментов на объемную ползучесть' и во-
ДОПОГЛОіЦЄНИЄ.
-
Построено определяющее уравнение плавучести блокоз из сферопластика, включающее в себя поправки на мгновенное и ьязко-упругое сформирование, а также объемное .водопоглозениэ материала-наполнителя.
-
Даны рекомендации по применению обобщенного уравнения плавучести и графическое ревение в широком диапазоне весов глубоководных аппаратов, времени пребывания под водой и параметров всплытия. ' ,
Практическая ценность работы заключается, прежде всего, в разработке и реализации определяющего уравнения плавучести блоков из сферопластика, содержащим в своем составе поправки на мгновенное и вязкоупругоэ деформирование и разгрузку материала при стационарных и программных нагружеяиях гидростатическим давлением, а также поправку на объемное водопоглощоние исследуемого сферопластика. Разработанная методика определения поправок позволяет с минимальными затратами решать сложные задачи всплытия глубоководных аппаратов с различными заданными параметрами.
Результаты экспериментальных исследования и предложенные методики могут быть применены при комплексных исследованиях сфе-
ропдастиков, работающих под высоким гидростатическим давлением и при проектировании блоков плавучести глубоководных аппаратов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсугздалисъ на УІ Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана" (Владивосток, I960 г.); на секции проблем надежности и диагностирования судовых технических средств НТО им. акад. А.Н.Крылова (Ленинград, 1989 г.); на X краевой научно-технической конференции "Роль науки в повышении эффективности производства" (Владивосток, 1989 г.); на секции проблем надежности и диагностирования судовых технических средств НТО им. акад. А.'.Н.Крылова (Ленинград, 1990 г.); на XI краевой научно-технической конференции "Роль нау-'': в повышении эффективности производства" (Владивосток, Г->90 г.); на научном семинаре кафедры Сопротивления материалов Ленинградского государственного технического университета (Ленинград, І99Ї г.); на научном семинаре кафедры Сопротивления материалов Ленинградского государственного морского технического университета (Санкт-Петербург, 1991 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано четыре статьи.
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 76 наименований н двух приложений, з которых приведены тексты программ. Работа содержит УЗ страницы нашшописного текста, 52 рисунка, 45 таблиц.
Азтор благодарит научного руководителя профессора П.А.Павлова за помощь при выполнении настоящей работы.
Похожие диссертации на Деформативные и прочностные свойства сферопластика, применяющегося в блоках плавучести глубоководных аппаратов
