Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова

Тышкевич В.Н. Евстигнеев А.И. Худяков К.В.

Приведены результаты экспериментальных исследований прочности стандартных образцов для слоистых оболочковых форм по выплавляемым моделям. Получены зависимости предела прочности материала от пористости.

Статья в формате PDF

392 KB

оболочковая форма

прочность

пористость

слоистость

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 E_i = η_iE₀, 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 (σ_x) и касательные (τ_xy) 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 h_i = 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 b_i = η_ib₀, 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 y_i = 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

1. 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.
2. 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.
3. Определение механических характеристик слоистых оболочковых форм / А.И. Евстигнеев, И.Г. Сапченко, В.Н. Тышкевич, Г.И. Тимофеев // Литейное производство. - 1992. - № 8. - C. 25.
4. Лакеев А.С. Формообразование в точном литье. - Киев: Наукова думка, 1986. - 256 с.
5. 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