Введение 3
1. Основные положения теории поведения материалов при однократном механическом воздействии. Обзор литературы 5
1.1 Виды разрушений 5
1.2 Диаграмма напряжение-деформация 7
1.3 Объекты испытаний. Требования к образцам и их классификация 10
2. Экспериментальное исследование поведения материалов при растяжении, определение их механических свойств 14
2.1 Описание экспериментальной установки и методики проведения экспериментов 15
2.1 Результаты испытаний образцов из поликарбоната 20
2.1.1 Поликарбонат Lexan 940A 20
2.1.2 Поликарбонат Lexan 3412R 26
2.1.3 Поликарбонат Lexan 500R 33
2.2 Результаты испытаний образцов из полиамида 34
2.2.1 Полиамид Armamid PASV30 35
2.2.2 Полиамид Tehnamid PA66 39
2.2.3 Полиамид BASF B3ZG3 41
2.2.4 Полиамид Poliamid PA610 SV30 42
2.3 Выводы 44
3. Численный расчет одноосного растяжения 44
3.1 Математическая постановка задачи 46
3.2 Выбор и обоснование численной модели 48
3.3 Особенности решения задач механики сплошных сред с использованием нелинейных свойств материалов 50
3.3.1 Задание свойств материала в ANSYS 52
3.4 Результаты моделирования 54
3.4.1 Результаты моделирования образцов из поликарбонатов. Сопоставление результатов эксперимента с моделированием 54
3.4.2 Результаты моделирования образцов из полиамидов. Сопоставление результатов эксперимента с моделированием 62
3.5 Выводы 67
Список литературы 68
Купить

Инженерные расчеты любых конструкций невозможны без предварительных сведений о материалах, из которых они изготавливаются. Все фактические сведения о конструкционных материалах, т.е. их механические характеристики, получают экспериментально. В основе данной работы лежит методика проведения расчета упругопластического деформирования и разрушения элементов конструкций при однократном растяжении.
В первой части работы даётся описание поведения материалов при однократном механическом воздействии и различных механизмов разрушения. Вторая часть посвящена экспериментальному исследованию поведения материалов при растяжении и определению их механических свойств. В третьей части приведены методы моделирования упругопластического поведения материалов в ANSYS, проведена верификация результатов расчетов по экспериментальным данным.
Цель работы. Разработка расчетной методики упругопластического деформирования с помощью метода конечных элементов с использованием экспериментальных кривых. Экспериментальное исследование механической прочности полиамидов и поликарбонатов для верификации с методикой проведения расчета упругопластического деформирования в конечно элементном пакете ANSYS.
Актуальность. Механическая прочность таких материалов, как полимеры, сталь и сплавы представляет собой особый интерес при изготовление вакуумных выключателей. Одной из главных проблем, возникающих при проектировании любой установки, в частности, высоковольтных вакуумных выключателей, является выбор оптимального материала для достижения необходимых характеристик устройства, в том числе способность материала выдерживать внешние нагрузки. Экономичность и надежность в большей степени определяется расходом материала, возможностью изготовления частей конструкции по наиболее прогрессивным технологиям, в частности, использования материалов армированными или стекло наполненными.
Практическая значимость. Существует большое количество экспериментальных методик исследования механических свойств материала. В соответствии с этим методы испытаний унифицируются в рамках ГОСТов, правил и международных рекомендаций с целью получения сопоставимых данных. К механическим характеристикам относится модуль упругости, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности.
При изучении характера деформируемости наиболее ценные сведения о каждом материале можно получить из диаграмм испытания образцов. Диаграммой растяжения называется график, показывающий функциональную зависимость между нагрузкой и деформацией при статическом растяжении образца до его разрыва. Получение наиболее точных диаграмм является первостепенным для задания свойств материала в любом конечно элементом пакете, в частности, в ANSYS, т.к. это способствует более точному совпадению эксперимента с моделированием. Продолжение данной работы в дальнейшем позволит создать базу данных материалов, использование которых в конечно элементных пакетах, сможет заменить экспериментальные исследования, что приведет к экономии ресурсов и времени.
Научная значимость. В настоящее время при проектировании различных конструкций большим спросом пользуются такие материалы, как полиамиды и поликарбонаты. Как и многие другие материалы, в частности, полиамиды редко используются в чистом виде. Таким образом, полиамиды делаются наполненными, а сам процесс носит называние армирование. Данный процесс существенно изменяет характеристики материала. Кроме того, многие материалы способны изменять свои свойства под воздействием различных факторов внешней среды, например, влажности и температуры. Подобное поведение материалов представляет особый интерес в научной сфере.
Купить