Пористые слои вводят в структуру литейных оболочковых форм по выплавляемым моделям для повышения трещиностойкости и термопрочности [1-4]. При определении механических характеристик таких форм, получаемых обычно послойным формированием, необходимо учитывать их слоистость [1-3].
Для определения механических характеристик материала оболочковых форм рекомендуется схема испытаний образцов-пластин при трехточечном изгибе (рис. 1, а) [4].
Рис. 1. Слоистый образец-пластина:
а - схема испытаний; б - структура материала; 1...4 - номера слоев
Исследовалась прочность образцов-пластин стандартных размеров b = 20 мм, l = 30 мм, с различной пористостью слоев и различными комбинациями расположения слоев по толщине образца
(рис. 2).
Истинная пористость i-го слоя задается в процентах (
).
Отношение плотности слоев
.
Рис. 2. Исследованные варианты расположения пористых слоев 1...4
по толщине образцов-пластин
Модуль продольной упругости материала i-го слоя Ei = ηiE0, где E0, ρ0 - модуль упругости и плотность слоя без порообразующих добавок.
Изгибная жесткость образца-пластины определяется из соотношения:
,
где ; n = 0, 1, 2.
В общем случае структура материала не симметрична по толщине и координата нейтральной оси е (рис. 1, б) определяется из отношения: . Начало координат принимается на нижней по-
верхности.
Нормальные (σx) и касательные (τxy) напряжения определяются по формулам:
Пористость слоев изменяется в пределах 10-40 %, что соответствует изменению коэффициента η в пределах 0,6-0,9. Пористость изменялась в слоях, которые заштрихованы на рис. 2, их толщина равна hi = 1,05 мм.
Разрушающие нагрузки в зависимости от пористости слоев для прокаленных образцов приведены на рис. 3 [2].
Рис. 3. Зависимость разрушающей нагрузки от пористости слоев
для различных структур (I - VII)
Номера структур на графиках рис. 3 соответствуют рис. 2.
Разрушение хрупкого материала образцов-пластин начинается в растянутой области. Учитывая различную пористость слоев, определять предел прочности материала по разрушающей нагрузке и максимальным напряжениям растяжения на нижней поверхности нельзя. Образец разрушается послойно, на характер разрушения влияет и низкая сдвиговая жесткость слоев с порообразующими добавками. Касательные напряжения по толщине слоистого образца изменяются ступенчато [2,5]. Эффективная (рабочая) ширина i-го слоя зависит от пористости bi = ηib0, где b0 - ширина слоя без порообразующих добавок.
Расчет на прочность слоистых образцов при трехточечном изгибе необходимо производить по предельным нагрузкам, а не по максимальным напряжениям.
На рис. 4 представлены зависимости максимальных растягивающих напряжений, вычисленных по разрушающей нагрузке в нижней точке образца при yi = 0 для образцов всех структур.
Рис. 4. Зависимость максимальных растягивающих напряжений
в образцах-пластинах от пористости слоев
Зависимости для образцов со структурой III- на рис. 4 определяют зависимость предела прочности исследованного материала от пористости. Эту зависимость можно использовать для оценки прочности слоёв различной пористости при формировании оптимальных структур оболочковых форм по выплавляемым моделям.
Список литературы
- Определение механических характеристик оболочковых форм с учётом их слоистости / А.И. Евстигнеев, И.Г. Сапченко, В.Н. Тышкевич, В.В. Васин, В.И. Куренков // Известия вузов. Чёрная металлургия. - 1991. - № 2. - C. 51-53.
- Влияние пористости на прочность оболочковых форм по выплавляемым моделям / А.И. Евстигнеев, И.Г. Сапченко, В.Н. Тышкевич, В.В. Васин // Известия вузов. Чёрная металлургия. -1991. - № 8. - C. 51-53.
- Определение механических характеристик слоистых оболочковых форм / А.И. Евстигнеев, И.Г. Сапченко, В.Н. Тышкевич, Г.И. Тимофеев // Литейное производство. - 1992. - № 8. - C. 25.
- Лакеев А.С. Формообразование в точном литье. - Киев: Наукова думка, 1986. - 256 с.
- Тышкевич В.Н., Кулько П.А. Расчёт и изготовление конструкций из армированных пластиков: учеб. пособ.(гриф). Доп. УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов. Волгоград: ВолгГТУ, 2010. - 178 с.
Библиографическая ссылка
Тышкевич В.Н., Евстигнеев А.И., Худяков К.В. ВЛИЯНИЕ ПОРИСТОСТИ НА ПРОЧНОСТЬ СЛОИСТЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ // Современные наукоемкие технологии. – 2011. – № 4. – С. 58-60;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=28075 (дата обращения: 17.08.2024).