ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Анизотропные диски из "Композиционные материалы " Как видно из (6.13), случаи agi реализовать нельзя. Представляющему практический интерес случаю а = 1 соответствуют изотропные материалы, а также полярно-ортотропные и квазиизотропные композиты с Ej. = Eg, т. е. материалы с а = ag = а. Массовая энергоемкость профилированного в соответствии с (6.13) диска, свободного от поверхностной нагрузки. [c.427] Изготовление и использование маховиков из композитов в виде слоистых сплошных профильных дисков сопряжено с рядом технических трудностей. К их числу относятся невозможность точной реализации теоретического профиля (Ь - оо), технологические сложности изготовления дисков, потери в несущей способности, связанные с креплением дисков, возможности преждевременного расслоения по радиальным плоскостям из-за концентрации напряжений у кромок слоев и т. д. Результаты исследований, представленные в [19—22], также свидетельствуют о том, что профилирование вращающихся дисков из композитов является малоэффективным с точки зрения их энергоемкости. Поэтому в дальнейшем будут рассматриваться лишь диски постоянной толщины. [c.427] Зависимости от т при различной анизотропии материалов Р для двух случаев граничных условий — свободновращающегося и жестко закрепленного на валу дисков — представлены на рис. 6.7. Экстртмумы в зависимостях (т) и (т) соответствуют дискам с такими т, при которых средние по толщине значения безразмерных окружных и радиальных напряжений максимальны, т. е. дискам интегрально наиболее напряженным. [c.428] Зависимости д от /п -при различных значениях Р, необходимые для исследования объемной энергоемкости, приведены на рис. 6.8. [c.430] В области 11 максимальной массовой энергоемкостью обладает обод минимальной толщины (т = 0,9). Диски с одновременным разрушением являются почти оптимальными , так как обеспечивают максимальную объемную энергоемкость, а потери в массовой энергоемкости по сравнению с ободом с от = 0,9 незначительны. Расширение диапазона относительных толщин до т = 0,95 увеличивает массовую энергоемкость лишь на 3%. [c.431] В области 111 максимальной энергоемкостью обладают диски с /п = 0,9 и с разрушением от окружных напряжений. Оптимальные размеры дисков с максимальной объемной и массовой энергоемкостями для этой области параметров могут существенно отличаться. Максимальные удельные энергоемкости и соответствующие им оптимальные относительные размеры дисков, образованных окружной намоткой однонаправленных композитов (свойства их приведены в табл. 6.1), представлены в табл. 6.2. При свободной посадке максимальной удельной объемной энергоемкостью обладают сравнительно тонкие диски-ободы с одновременным разрушением от радиальных и окружных напряжений. Оптимальные относительные размеры находятся в диапазоне т = 0,7-ь0,8, т. е. эффективно используется лишь небольшая часть конструкционного объема. И массовая, и объемная энергоемкости сво-бодновращающихся дисков, образованных намоткой, больше, чем у дисков с жесткой посадкой. Поэтому в дальнейшем рассматриваются лишь диски со свободной посадкой. [c.431] Примечания I. Предельное значение т равно 0,9. [c.431] При исследовании дисков о балластом были рассмотрены два способа создания балластной нагрузки на несущий диск. Первый — при помощи чистого балласта в виде кольца с = О, не связанного с валом соединение несущего диска с валом осуществляется через периферию диска (например, хордовой намоткой). Второй — при помощи диска из низкомодульного материала, связанного как с ободом, так и с валом и выполняющего одновременно функции и балласта и крепления несущего обода к валу. При использовании чистого балласта энергоемкость оптимальной конструкции практически не зависит от плотности балласта. Если балласт связан с валом, то максимальная энергоемкость достигается, когда удельная плотность обода и балласта близки. [c.433] Выигрыщ в объемной энергоемкости оказался существенным лишь у дисков из наиболее анизотропного композита — органопластика, у которых напряженное состояние существенно неоднородно. Чем ближе напряженное состояние к однородному, тем меньше влияние балласта (при однородном напряженном состоянии балласт в соответствии со следствием 6 из разд. 6.1 не увеличивает запасаемой энергии). Использование балласта сопровождается, как и следовало ожидать, существенными потерями в массовой энергоемкости. [c.433] Способ повышения max при использовании многослойных дисков основан на ограничении уровня радиальных напряжений. Он заключается в заполнении всего объема между периферией маховика и валом системой концентрических колец, толщина которых достаточно мала, чтобы избежать преждевременного их расслоения. Кольца разделены податливыми прослойками, практически не стесняющими радиальных перемещений поверхностей колец. Задача состоит в выборе такой последовательности толщин концентрических колец, образующих многослойный диск заданного относительного размера, чтобы число колец было минимальным, а допустимая угловая скорость диска максимальной. [c.433] Чтобы обеспечить максимальную угловую скорость, необходимо внешнее кольцо выбрать оптимального относительного размера (см. табл. 6.2) из условия одновременного разрушения от радиальных и окружных напряжений, а для обеспечения минимального числа слоев последующие слои выбирать из условия разрушения по радиальным напряжениям. Результаты расчета последовательности толщин колец из современных композитов, образующих многослойные диски с /я =0,1, показали, что минимальное число композитных слоев, необходимое для заполнения всего конструкционного объема, невелико. Расчет показал, что уровень допустимых радиальных напряжений в последнем кольце допускает осуществление жесткой посадки его на вал. Эффективное использование всего конструкционного объема диска-маховика приводит к значительному увеличению удельной объемной энергоемкости. [c.433] Интересно оценить, насколько эффективным может оказаться переход от окружной схемы армирования дисков к радиально-окружной, когда повышение прочности в радиальном направлении, получаемое перераспределением арматуры, достигается лишь за счет потерь в окружной. Анализ показывает, что эффект от перераспределения арматуры может быть значительным. Для достижения максимального уровня достаточно перенести в радиальное направление 15—20% армирующих волокон. Отказ от чисто окружного армирования сопровождается уменьшением массовой энергоемкости. [c.433] Объемную энергоемкость ободов-ди-сков можно существенно повысить, делая их составными — нз матернала с разными свойствами. Различные попарные сочетания колец из композитов рассмотрены в 12, 17]. Более жесткий и более прочный в окружном направлении материал использовался во внешнем кольце. Сжимающее радиальное напряжение на поверхности раздела позволило повысить несущую способность колец по радиальным напряжениям, что и обеспечило прирост энергоемкости. Наибольшее увеличение объемной энергоемкости по сравнению с 5 гоахУ однородных колец (на 40%) было достигнуто при сочетании угле-н органопластика со стеклопластиком. Массовая энергоемкость при этом по сравнению с максимальной уменьшилась на 20%. [c.434] Вернуться к основной статье