Эпоксидный композиционный материал и его циклическая долговечность тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Комаров, Павел Валерьевич

• Комаров, Павел Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Комаров, Павел Валерьевич

Введение

1. СОПРОТИВЛЯЕМОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЦИКЛИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ НАГРУЗОК

1.1. Долговечность полимерных композиционных материалов и методы ее прогнозирования

1.2. Зависимость выносливости древесины от действия циклических нагрузок

1.3. Напряженно-деформативное состояние полимербетонов и армополимербетонов при действии на них циклических нагрузок

1.4. Сопротивление конструкционных полимеров и стеклопластиковой арматуры циклическому воздействию нагрузок

1.5. Выводы

2. МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ, ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ.

2.1. Основные компоненты полимерных композиционных материалов и технология изготовления образцов

2.2. Выбор схемы приложения нагрузки и размеров образцов

2.3. Испытательное оборудование

2.4. Методика проведения испытаний и планирование экспериментов

2.5. Методика испытаний эпоксидных композиционных материалов на изгиб при циклическом воздействии нагрузок

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ДЕЙСТВИЕ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК.

3.1. Определение структурообразующих факторов эпоксидных композиционных материалов

3.2. Определение нижних уровней структурообразующих факторов и интервалов их варьирования. Подбор оптимального состава эпоксидного композиционного материала

3.3. Влияние структурообразующих факторов на механические свойства эпоксидных композиционных материалов

3.4. Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЦИКЛИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАГРУЗОК.

4.1. Выносливость эпоксидных композиционных материалов при циклическом сжатии

4.2. Влияние температуры саморазогрева на циклическую долговечность эпоксидных композиционных материалов

4.3. Влияние структурообразующих факторов на циклическую долговечность эпоксидных композиционных материалов

4.4. Анализ результатов исследования циклической долговечности эпоксидных композиционных материалов

4.5. Выводы.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ ЭПОКСИДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЦИКЛИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ.

5.1. Методика прогнозирования циклической долговечности эпоксидных композиционных материалов

5.2. Предел пропорциональности и его место в комплексе свойств композиционных материалов

5.3. Определение предела выносливости эпоксидных композиционных материалов при изгибе

5.4. Определение предела пропорциональности эпоксидных композиционных материалов при изгибе

5.5. Выводы

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эпоксидный композиционный материал и его циклическая долговечность»

Актуальность темы. Создание новых агрессивно стойких и экономически эффективных строительных материалов, изделий и конструкций из них обеспечивает высокий уровень индустриализации и снижает трудоемкость возведения зданий и сооружений.

Полимерные композиционные материалы различных составов хорошо противостоят действию агрессивных сред и обладают высокой прочностью. Малая жесткость и большая деформативность полимерных композиционных материалов, по сравнению с другими строительными материалами, позволяют им оказывать сопротивление воздействию динамических нагрузок. Сравнительно небольшое время процесса отверждения полимерных композиционных материалов дает возможность использовать их в качестве материала для изготовления гальванических ванн, полов и опор травильных агрегатов, при проведении ремонта ответственных конструкций таких, как аэродромные и дорожные покрытия, а также сантехнического оборудования и т.п. Исследования последних лет свидетельствуют о том, что полимерные композиционные материалы можно эффектно использовать в мостостроении.

Более широкое применение полимерных композиционных материалов в значительной степени сдерживается сложностью прогнозирования характеристик их напряженно-деформированного состояния при циклических видах нагружения. Из-за малой изученности поведения полимерных композиционных материалов при такого рода загружениях. В настоящее время достаточно трудно прогнозировать долговечность полимерных композиционных материалов при статических видах загружения, а имеющиеся методы для материалов кристаллического строения и полимеров не всегда применимы к ним. Недостаточен теоретический и экспериментальный материал по оценке напряженно-деформированного состояния полимербетонов при длительном загружении. При длительном действии циклических нагрузок изменения структуры полимерных композиционных материалов происходят за счет локального саморазогрева в вершинах растущих субмикротрещин и связанных с этим изменением упругогестерезистных свойств материала. При этом проявляется энергия усталости, когда одновременное многофакторное циклическое воздействие собственных и силовых напряжений приводит к эффекту, превышающему суммарное действие отдельных видов напряжений. И, если такие процессы достаточно изучены для древесины - природного полимерного материала, то для искусственных конгломератов, каким являются полимерные композиты, эти вопросы нуждаются в тщательном изучении.

В литературе имеются данные по выносливости фурфуролацетоновых и полиэфирных композиционных материалов. Сведения о выносливости эпоксидных композитов и их циклической долговечности разрозненны и противоречивы. Отсутствуют также нормативные документы по проектированию элементов конструкций из эпоксидных композиционных материалов с учетом усталости.

До настоящего времени нет статистически достоверных значений нормативных и расчетных сопротивлений усталости эпоксидных полимербетонов, а также коэффициента условий работ при циклическом воздействии нагрузок. Все вышеуказанное и определяет актуальность данной диссертационной работы.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка методики прогнозирования долговечности эпоксидных композиционных материалов на основе циклических испытаний и уточнение их расчетных характеристик.

Задачи исследования. Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ методов прогнозирования долговечности полимерных композиционных материалов на разных смолах и оценить их эффективность;

2. Провести экспериментальные исследования для установления зависимости циклической долговечности от структурообразующих факторов для эпоксидных полимерных композиционных материалов;

3. Разработать методику прогнозирования долговечности эпоксидных композиционных материалов по результатам циклических испытаний;

4. Выявить роль и место предела коэффициента пропорциональности в комплексе свойств эпоксидных композиционных материалов при циклическом воздействии нагрузок для определения расчетного сопротивления;

5. Уточнить расчетную характеристику коэффициента условия работы эпоксидного композиционного материала при циклическом напряжении.

Научная новизна работы определяется полученными результатами, основными из которых являются: экспериментальные данные по выносливости при сжатии и изгибе эпоксидных композиционных материалов на основе смолы ЭД-20; количественные зависимости статической и циклической долговечности эпоксидных композиционных материалов в зависимости от структурообразующих факторов; методика определения циклической долговечности с использованием предела пропорциональности; расчетная характеристика коэффициента условия работы эпоксидных композиционных материалов при циклическом воздействии нагрузок.

Практическая значимость и реализация результатов. Разработана методика по определению циклической долговечности эпоксидных композиционных материалов с учетом предела пропорциональности.

Разработаны рекомендации по проектированию составов эпоксидного композиционного материала с учетом циклической выносливости.

Установлена величина коэффициента условия работы эпоксидных композиционных материалов, позволяющая получить их расчетные характеристики.

Разработанный метод прогнозирования долговечности эпоксидных композиционных материалов был использован при разработке проекта по реконструкции путепровода на автомобильной дороге Орел - Ливны — Елец -Липецк - Тамбов (район цемзавода) для обоснования срока службы элементов конструкции мостового полотна и пролетных строений. В процессе реконструкции была использована предложенная технология нанесения гидроизоляционной стяжки с применением полимерных композиций на эпоксидных связующих.

Результаты исследований использованы в учебном процессе специальности 290600 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» по дисциплинам «Долговечность конструкционных строительных материалов» и «Полимерные композитные материалы».

Апробация работы. Основные результаты были доложены на: научно-технической конференции, посвященной 45-летию ЛГТУ, Липецк, 2001; III Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии», Тула, 2002; Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного дорожного строительства и хозяйства», Вологда, 2002; научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении», Брянск, 2002; научно-технической конференции, посвященной 30-летию НИС ЛГТУ, Липецк, 2003; научно-технической конференции «Структура и свойства искусственных конгломератов», Новосибирск, 2003; III Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций», Волгоград, 2003.

Достоверность научных результатов обеспечена применением в исследованиях научно-обоснованных методик комплексных исследований образцов, подтверждается применением вероятностно-статистических методов обработки результатов испытаний, а также удовлетворительным совпадением некоторых результатов экспериментов с данными других авторов.

Личное участие автора заключается в составлении цели и содержании исследований, разработке метода прогнозирования долговечности эпоксидных композиционных материалов • и в уточнении его расчетной- характеристики коэффициента условия работы при циклическом нагружении, а также во внедрении полученных результатов в строительную практику.

Публикации. Основные содержания работ опубликованы в семи статьях и монографии.

Объемы работ. Диссертация состоит из введения, шести глав, списка литературы из 162 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 155 страницах, содержит 143 страниц текста, 24 рисунка, 17 таблиц.