Расчетно-экспериментальное исследование несущей способности звукоизолирующей пластинчато-сетчатой панели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Таран, Владимир Алексеевич

• Таран, Владимир Алексеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Таран, Владимир Алексеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструкция ПСП с несущей металлической сеткой, проблемы расчета. Результаты испытаний ПСП производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс"

1.2 Условия работы, требования к прочности, выносливости и динамическим характеристикам сетки в ПСП, задачи расчета и проектирования

1.3 Технология изготовления сетки, требования к исходной проволоке

1.4 Геометрия сетки, исходной и извлеченной проволоки: результаты предварительных измерений и их анализ

1.5 Механические характеристики стали 12Х18Н9Т и обзор методов оценки статической прочности и выносливости применительно к

ПСП

1.6 Задачи, состав и методика экспериментальных и теоретических исследований

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕТКИ, ИСХОДНОЙ И ИЗВЛЕЧЕННОЙ ИЗ СЕТКИ ПРОВОЛОКИ

2.1 Методика испытаний на растяжение и обработки результатов испытаний

2.2 Результаты экспериментального исследования сетки, исходной и извлеченной из сетки проволоки

2.3 Анализ результатов испытаний проволоки и сетки

Глава 3 ОЦЕНКА ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИСХОДНОЙ ПРОВОЛОКЕ И В ПРОВОЛОКЕ СЕТКИ ПОСЛЕ СБОРКИ

3.1 Моделирование зависимости модулей упругости нагрузки и

разгрузки от остаточных напряжений в исходной проволоке

3.2 Экспериментальная и теоретическая оценки модуля разгрузки. Вычисление средних напряжений от волочения

3.3 Расчет максимальных напряжений в проволоке после упруго-пластического изгиба при сборке сетки

Глава 4 МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИКИ ПРОВОЛОКИ И СЕТКИ

4.1 Аппроксимация формы проволоки

4.2 Моделирование растяжения извлеченной проволоки и сетки

4.3 Оценка адекватности моделирования растяжения проволоки и

сетки

4.4 Моделирование изгиба и растяжения проволоки сетки как гибкой нити

4.5 Сравнение напряжений в точке перегиба в моделях кривого стержня и гибкой нити

Глава 5 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ СЕТКИ В СОСТАВЕ ПСП.

УЧЕТ СКОЛЬЖЕНИЯ СЕТКИ

5.1. Результаты испытаний образцов ПСП и их анализ

5.2 Моделирование статического прогиба ПСП в горизонтальном положении

5.3 Моделирование частоты первой формы резонансных поперечных колебаний ПСП в горизонтальном положении. Расчетная АЧХ

5.4 Обобщение результатов и практические рекомендации

Глава 6 МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СЕТКИ В СОСТАВЕ

ПСП

6.1 Основные положения

6.2 Инженерная методика расчета несущей сетки по ГОСТ 3826-82

из стали 12Х18Н9Т

6.2.1 Обобщение результатов экспериментальных и теорети-

ческих исследований статической прочности

6.2.2 Обобщение результатов экспериментальных и теоретических исследований выносливости

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчетно-экспериментальное исследование несущей способности звукоизолирующей пластинчато-сетчатой панели»

ВВЕДЕНИЕ

Работающие механизмы излучают шум в окружающую среду, который распространяется в воздушной среде как звуковая энергия. Значительные уровни звуковой энергии создают двигатели, дизель-генераторы, компрессоры, насосы, системы вентиляции и кондиционирования, гидравлические и другие механизмы. Энергия распространяется в виде прямой звуковой волны, отражается от ограждающих поверхностей и других механизмов и машин, вызывает их колебания со звуковыми частотами.

Внутри работающих объектов шум действует раздражающе на персонал, обслуживающий технику, снижая его работоспособность. Шум высокой интенсивности отрицательно влияет на работу расположенного вблизи вспомогательного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры. Распространяясь в окружающую среду шум ухудшает физическое и эмоциональное состояние окружающих и работников, не связанных непосредственно с работой источника излучения звуковой энергии.

В оборонной отрасли важное значение имеет снижение шума вне объекта с целью затруднения его индентицикации противником и уточнения расположения в пространстве.

Одним из способов борьбы с повышенным уровнем шума и ограничения его распространения в окружающей среде является установка звукоизолирующих и звукопоглощающих устройств, ориентированных на работу в области низких звуковых частот. Современная конструктивная реализация - звукоизолирующие гибкие панели, защищенные патентами Российской Федерации [1], [2]. Панель сетчато-пластинчатая (ПСП) сочетает в себе звукопоглощающие слои из базальтовой ткани [3], несущую плетеную металлическую сетку [4], набор квадратных металлических пластин, создающий вместе с упругой сеткой виброзащиту в звуковом диапазоне. Пластины крепятся в ПСП на некотором расстоянии друг от друга. Сетка из нержавеющей стали [5] обеспечивает гибкость панели и удобство ее

монтирования даже в ограниченном пространстве. Эффективность ПСП исследована в [6] и описана в техническом отчете [7].

Механические характеристики сетки как несущего элемента конструкции практически не исследованы, в то время как предварительные испытания ПСП показали их существенное отличие от характеристик исходной стали [8].

Механические характеристики проволоки сетки в состоянии поставки контролируются технологическими пробами и недостаточно определены применительно к расчетам прочности и выносливости ПСП. Характеристики проволоки сетки в состоянии поставки могут существенно отличатся от свойств исходной стали, предположительно, из-за остаточных напряжений после волочения и упруго-пластического изгиба при плетении (сборки) сетки. По этим же причинам и из-за кривизны проволоки приведенный модуль упругости сетки существенно меньше модуля упругости исходной стали.

При работе в составе защищаемого объекта в несущей сетке ПСП, помимо статических напряжений от веса пластин и деформаций при сборке и монтаже, возникают циклические напряжения от рабочих и внешних вибрационных и динамических воздействий. Последние накладываются на напряжения изгиба, возникающие при сборке сетки, и остаточные напряжения в проволоке после волочения [9].

Не исследовано взаимодействие сетки и пластин (скольжение, нескольжение) в конкретной конструкции ПСП при нагружении.

Неучет этих факторов ограничивает возможности проектного и проверочного расчетов прочности и выносливости ПСП.

Виброзащитные свойства ПСП очевидно связаны с ее амплитудно-частотными характеристиками, которые, в свою очередь, в значительной степени определяются упругими характеристиками, т.е. фактическим модулем упругости сетки. Значение последнего прямо зависит от геометрических параметров сетки - кривизны проволоки после сборки.

Технологический процесс изготовления и термообработки сетки, поставляемой подрядчиком, практически не контролируется. Не определены методика и объем необходимых испытаний образцов сетки перед установкой в изделие. Поэтому актуальным остается вопрос о прогнозировании расчетно-экспериментальным путем прочности и выносливости основного несущего элемента ПСП - тонкой плетеной металлической сетки - и влияния ее параметров на динамические характеристики звукоизолирующей панели.

В диссертационной работе несущая способность стальной плетеной сетки с учетом напряженно-деформированного состояния проволоки сетки в состоянии поставки исследуется впервые. Предлагается расчетно-экспериментальная методика оценки остаточных напряжений в проволоке сетки после волочения и упруго-пластического изгиба при плетении.

В этой связи тема работы актуальна.

Научная проблема, требующая разрешения, - моделирование напряженно-деформированного состояния несущей сетки в составе ПСП и разработка адекватных методов испытаний образцов сетки в состоянии поставки выбранного типоразмера, расчета на прочность, выносливость и оценки АЧХ.

Целью диссертационной работы является расчетно-экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния несущей плетеной сетки из стали 12X18Н9Т в состоянии поставки и расчет прочности и выносливости ПСП, устанавливаемой на подвижный объект.

Научная новизна 1 Впервые разработаны:

- методика расчетно-экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния проволоки сетки в состоянии поставки;

- математическая модель расчета напряжений в проволоке сетки от рабочих нагрузок.

2 Установлена зависимость резонансной частоты первой поршневой формы

поперечных колебаний горизонтальной ПСП от амплитуды

Практическая значимость работы заключается во внедрении результатов исследований на ФГУП "ФНПЦ "Прогресс" при опытно-конструкторской разработке и совершенствовании выпускаемых ПСП. Положения, выносимые на защиту

1 Методика расчетно-экспериментальной оценки остаточных напряжений в проволоке после волочения и сборки сетки.

2 Математическая модель напряженно-деформированного состояния проволоки сетки при растяжении.

3 Методика экспериментально-теоретического исследования растяжения сетки в составе ПСП.

4 Методика расчета несущей способности ПСП вообще и инженерная методика оценки несущей способности рабочей (производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс") ПСП с сеткой по ГОСТ 3826-82 из стали 12Х18Н9Т с диаметром проволоки (0,2...0,4) мм и шагом в свету от 0,9 до 2,5 мм. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов по работе, списка

литературы. Общий объем работы составляет 173 страниц, включая 117 рисунков и 37 таблиц. Список литературы содержит 79 наименований.

В первой главе анализируются: объект исследования - сетка плетеная из тонкой стальной проволоки, изготовленная в соответствии с ГОСТ 3826-82, и механические характеристики проволоки по ГОСТ 18143-72 из стали 12Х18Н9Т, из которой изготавливается сетка. Показано, что применительно к несущей функции сетки в составе ПСП, имеющейся информации недостаточно для расчета на прочность и выносливость и для оценки динамических параметров с требуемой точностью.

Рассматривается конструкция ПСП с несущей сеткой, ее виброакустические характеристики. Обсуждаются методика и результаты испытаний ПСП производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс". Исследуются

условия работы, требования к прочности, выносливости и динамическим характеристикам сетки в ПСП, задачи расчета и проектирования.

Рассматриваются технология изготовления сетки, нормативные требования к прочности и геометрии исходной проволоки. Приводятся и анализируются результаты предварительных измерений геометрии сетки, исходной и извлеченной из сетки проволоки и механические характеристики стали 12X18Н9Т для сетки ПСП производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс".

Исходя из проведенного анализа, сформулированы задачи, состав и методика экспериментальных и теоретических исследований.

Во второй главе излагается методика исследования механических характеристик сетки, исходной и извлеченной из сетки проволоки на основе их испытаний на растяжение. Анализируются полученные результаты. Опыты проводились на современных испытательных машинах ZWICK/ROELL Z010 и Tinius Olsen Н10КТ с выводом результатов в MS Excel до 6000 значений диаграммы растяжения е(Р) с последующей обработкой. При этом решается несколько проблем, связанных со спецификой испытываемых образцов -отрезков сетки, исходной извлеченной из сетки проволоки:

- образцы изначально не прямые, в начале нагружения происходит их выпрямление, и результаты испытаний требуют корректировки;

- самозатягивающийся стандартный зажим не обеспечивает полной неподвижности образца в захвате и требуется использование специального зажимного устройства усилием 10 кН и специальных алюминиевых прокладок для увеличения трения в зажиме;

- проволока образцов соответствует ГОСТ 18143-72, но имеет допустимый разброс, не учет которого искажает полученные результаты, т.е. перед каждым испытанием необходимо было измерять фактический диаметр проволоки.

Предлагается и апробируется методика обработки результатов испытаний, корректирующая результаты экспериментов. Приводятся и

анализируются результаты экспериментального исследования сетки, исходной и извлеченной из сетки проволоки для 2-х номинальных диаметров проволоки и 4-х шагов сетки в свету. Установлены факты уменьшения модуля упругости исходной проволоки, предположительно из-за остаточных напряжений от волочения, а также модуля упругости сетки от кривизны проволоки после сборки.

В третьей главе моделируются:

- зависимость средних остаточных напряжений от волочения в слоях проволоки и модулей нагрузки и разгрузки в начальной области диаграммы растяжения проволоки;

- зависимость касательного модуля от напряжений растяжения при любых циклах статического растяжения-сжатия.

Разработана методика экспериментально-теоретической оценки напряжений от волочения. На базе уточненной аппроксимации диаграммы растяжения исходной стали предложен алгоритм расчета максимальной кривизны проволоки сетки после плетения, остаточной кривизны извлеченной проволоки и соответствующих максимальных напряжений упруго-пластического изгиба в проволоке сетки с учетом напряжений от волочения.

Предлагается методика расчета максимальных напряжений от сборки на основе результатов испытаний на растяжение и измерений остаточного радиуса кривизны извлеченной проволоки.

В четвертой главе моделируется напряженно-деформированное состояние проволоки сетки при растяжении.

Принята расчетная модель стержневой системы из последовательности радиальных и прямолинейных участков. В расчет приняты фактические измеренные геометрические параметры сетки. Устанавливается математическая связь модулей растяжения извлеченной и исходной проволоки, из которой можно определять последний по эксперименту на растяжение извлеченной

проволоки. Постановка задачи особенно актуальна в практическом плане, так как обычно исходная проволока не поставляется в комплекте с сеткой.

Модель растяжения проволоки в составе сетки дополняется упругим сопротивлением поперечных нитей. Адекватность моделирования проверятся сопоставлением с экспериментальными модулями упругости сетки, исходной и извлеченной из сетки проволоки.

В пятой главе исследуется механика сетки в составе ПСП.

Предложена и реализована методика испытаний образцов элементов ПСП с целью идентификации факта скольжения или нескольжения сетки относительно пластин и определения приведенного модуля упругости сетки в составе ПСП. Для ПСП производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс" установлено скольжение сетки при статическом и динамическом растяжении.

Для проверки адекватности результатов моделируется статический прогиб ПСП и сравнивается с определенным экспериментально. Прогнозируется статика ПСП при исключении скольжения.

Методом Рэлея определяется верхняя оценка частоты первой формы резонансных колебаний ПСП в форме статического прогиба. Установлена зависимость частоты от амплитуды колебаний. Расчетная АЧХ сопоставляется с результатами испытаний ПСП на вибростенде. Прогнозируется изменение АЧХ при исключении скольжения.

Сравнением модели колебаний вертикальной ПСП с результатами испытаний на вибростенде вертикального элемента ПСП установлена адекватность моделей математического и физического маятников и возможность не учитывать изгибную жесткость сетки.

В шестой главе предлагается инженерная методика расчета ПСП. Механика сетки идентифицируется по номинальным геометрическим параметрам сетки и результатам испытаний сетки на растяжение. Методика предусматривает расчет ПСП на статические прочность и жесткость, расчет на выносливость при малых колебаниях и оценку АЧХ.

В заключении приводятся практические рекомендации по проектированию ПСП с улучшенными прочностными и динамическими характеристиками.

ГЛАВА 1 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструкция ПСП с несущей металлической сеткой, проблемы расчета. Результаты испытаний ПСП производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс"

Рассмотрим в качестве примера конструкцию ПСП производства ФГУП "ФНПЦ "Прогресс" (рисунки 1.1 ... 1.3).

Рисунок 1.1- ПСП, установленная на раме

Основной несущий элемент - тканая металлическая сетка, обложенная с обеих сторон слоями базальтовой ткани и металлическими пластинами, стянутыми винтами. Между пластинами оставлены зазоры, обеспечивающие гибкость конструкции.

Вся конструкция крепится на раме монтажными винтами через дополнительные прокладочные полосы из базальтовой ткани. Всего в ПСП 225 пластин по 15 рядов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Тринадцать внутренних рядов подвижны.

© © в ( € © © © © © © ® © © © © ®®® ® © ® © ® ® ©©© © ® © © © © ©©© © © © © © ® © ® © © ® ® ©Я1© ® ® ® ® ® ® © © ® © ©ф© © ® © © © ® ®@© © © © © ® © ©@© © © © © ® ® ©®в © © © © © ® Ф©@ © © © © ® © ©©© © © © Ф © © © © © © © © ©

® ® © © © © © © © © ©

© © © © © © © © © © © © © © © © © © © © ® © © © © ® © ® ® © ® © ® © © © © © © © ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © в ©

© © © © © © ® © © ® © © © ® © © © © ® © © © ® © © ® © © @ ® © © ® ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © ©

© г© © © © -© © © ® © -Л' © © © © © © © © ® ® © © ® ® © ® © © ® ® © © © ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © Ф © © © ©

© © © © © © ® © ® ® ® © © © © © ® © © © © ® @ ® ® ® ® © © © © © Ф © ® © ® ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © ® © © ©

® ® ® ® ® © © © © © © © ® © ® ® © ® ® © © © ® © ® © © © © ©

© © © ® ® © © © © © ® © ® © ® © © ® ® © © © © © © © © © © ©

© © ® © ® ® ® © ® © ® ® © © © © © © © © © ® © ® © ® ® ® ® ® ® © © © ® © ® ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © ©

© © © © © © ® ® ® © © ® ® © © © ® © © © © © © ® © ® ® ® ® ® ® ® ® © © © ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © ©

© © © © © © ® © ® © ® © © © © © © © © © © © ® © © ® ® ® ® © ® © ® © ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © ®

© ® ® © © © ® © ® © ® ® © © ® © © © ® © © ® ® © © ® ® ® © ® ® © © © ® © © © © © © © © © © ® @ © © © © © © © © © © © ® © © ©

© © © ® ® © ® © ® ® © ® © © © © © © © © © © © © © ® © ф ф © © © ® © © © Ф © © ф © © © Ф Ф © © © Ф © © Ф Ф © © Ф © © © © © ©

® ® © © © © ® © ® © © ® © © © © © © © © © © © © © © ® ® ® © © © © © © © ® © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © © ©

© ® ©®© © © ©®© ® ® ©®@ © © ©®© © © ®©@ © © ©©© ® ® ®®® ©< © Е>© © © @®© © © @®@ © © @®@ © © ©©© © © ©®© © © ©®@ © © @®@

П 995

А-А

12 1 3

1 - металлические пластины, 2 - несущая металлическая сетка, 3 - слои базальтовой ткани, 4 - винт, 5 - рама.

Рисунок 1.2- Конструктивная схема ПСП

Винт

Рисунок 1.3- Элемент ПСП

Приведенный вариант конструкции ПСП - единственный, испытанный на звукоизолирующие свойства и некоторые механические характеристики, доведенный до серийного производства. Конструктивные параметры ПСП (размеры металлических пластин, характеристики металлической сетки и базальтовой ткани, способ их соединения между собой и крепления к раме) подобраны в ходе опытно-конструкторских работ и испытаний на звукоизоляцию, прочность и выносливость, а также согласно требованиям к конструкции, исходя из особенностей защищаемого объекта. В конструкции ПСП применена плетеная сетка из проволоки диаметром 0,22 мм из стали 12Х18Н9Т с квадратными ячейками с шагом в свету 0,9 мм.

Методика даже оценочного прочностного расчета отсутствует. Основное внимание было уделено теоретическому и экспериментальному исследованию звукопоглощения [10] ...[21]. Автором исследования [6], [22] разработана модель, позволяющая исследовать расчетным путем виброакустическую характеристику панелей различных конструкций на основе конечно-элементного моделирования упруго-динамических свойств передающей среды (газа). Также экспериментально установлены удовлетворительные звукоизолирующие свойства ПСП.

Расчет на статическую прочность в горизонтальном и вертикальном положениях ПСП проводился лишь как проверочный. Параметры сетки и

базальтовой ткани выбраны из нескольких вариантов, лучшим образом удовлетворяющие задачам звукоизоляции. В качестве допускаемого напряжения в проволоке сетки принималось справочное значение временного сопротивления стали. Принято значение предела прочности [сгв] = 1080 МПа. Получен большой запас прочности и утверждается, что конструктор имеет "определенную свободу при разработке работоспособного и надежного изделия". При этом никак не учитывается и не оценивается напряженно-деформированное состояние проволоки сетки после волочения, сборки (изгиба проволоки при плетении сетки). Не проводилась оценка выносливости ПСП при циклическом нагружении, например, от кинематического возбуждения при вибрации или движения объекта и т.д.

Не исследовался модуль упругости сетки при растяжении, который, очевидно, влияет на статический прогиб и амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) ПСП.

Не рассматривалось влияние степени затяжки винтов на возможность скольжения или не скольжения сетки относительно базальтовой ткани при упругом деформировании сетки. Максимальный статический прогиб оценивался приблизительно. Его значение принималось 60 мм. Расчеты на прочность проведены по безмоментной теории оболочек Лапласа. Растяжение нитей сетки не учитывалось.

Проведены некоторые испытания ПСП на ФГУП "ФНПЦ "Прогресс" [7] и на ФГУП "Крыловский ГНЦ" [22]. Установлено:

- первая резонансная частота (поршневая) ПСП в горизонтальном положении составляет (11,5 ... 13,5) Гц при амплитуде стола вибростенда (0,5 ... 1,0) мм при динамическом коэффициенте (4...7);

- при амплитудах стола вибростенда < 0,5мм резонанс не наблюдался до частоты ~ (10... 15) Гц;

- статический прогиб ПСП в горизонтальном положении составляет ~ 14,5 мм;

- при испытаниях горизонтальной ПСП на вибростенде с резонансной частотой в течении 1 миллиона циклов не наблюдается усталостное разрушение проволоки;

- частота поперечных резонансных колебаний подвешенного вертикально элемента ПСП составляет (6,5 ... 7) Гц.

Как видно, оценочный расчет на прочность в [6] проведен при прогибах, значительно превышающих фактические.

Практически установлена зависимость частоты резонансных колебаний ПСП от амплитуды, т.е. нелинейность АЧХ. Результат - неустойчивость резонансных колебаний, неоднозначность резонансных частот и их зависимость от амплитуды - свидетельствует о нелинейности колебательного процесса и соответствует теоретическим исследованиям, приведенным, например, в [23], [24].

Проведены испытания ПСП на ударное воздействие и теоретическая оценка прочности при этом [25].

После ударов наблюдались значительные пластические деформации ПСП. Теоретические расчеты проводились по условной билинейной диаграмме деформирования. Остаточные напряжения после плетения не учитывались.

1.2 условия работы, требования к прочности, выносливости и динамическим характеристикам сетки в ПСП, задачи расчета и проектирования

ПСП, а значит и несущая сетка, в процессе изготовления (плетения), монтажа на объект и эксплуатации подвержены различным механическим воздействиям:

- упруго-пластическому деформированию в процессе плетения,

- статическому изгибу и растяжению при транспортировке и монтаже на объект,

- статическому изгибу и растяжению от веса пластин и базальтовой ткани в рабочем положении на объекте,

- циклическому изгибу и растяжению от звукового давления при выполнении основных функций виброзащиты и звукоизоляции,

- импульсным воздействиям вследствие стационарного и нестационарного движения объекта,

- циклическим (вибрационным) воздействиям при рабочем и нерабочем режиме установленного на объекте оборудования.

При проектном и проверочном расчетах ПСП на статическую прочность и выносливость необходимо учитывать совместное воздействие перечисленных факторов. Степень этого взаимодействия, очевидно, влияет и на АЧХ ПСП, а значит и на характер выполнения основной функции - виброзащиты и звукоизоляции.

Если, например, увеличивать диаметр проволоки, то даже статическая прочность увеличивается неоднозначно, так как при том же шаге сетки должны увеличиваться упруго-пластические напряжения при плетении. Увеличение же жесткости сетки приводит к увеличению резонансных частот и ухудшению виброзащитных свойств в соответствующем диапазоне внешних воздействий.

Статические напряжения в проволоке сетки ПСП различны при горизонтальном, вертикальном и промежуточном положении в пространстве и, как следствие, различны средние напряжения при циклическом нагружении определенной амплитуды. Значит, различны выносливость [24] и АЧХ [23]. Это другой пример неоднозначности результата сложения механических воздействий на ПСП.

Наличие пластических деформаций при плетении сетки очевидно, что означает предварительное повреждение материала проволоки, которое уменьшает прочность при ударном воздействии [25], [26], [27].

В работе [25] оцениваются ударостойкость, вибростойкость и выносливость ПСП применительно к установке на подвижный объект. Задача

решается приближенно, диаграмма деформирования материала принята билинейной. Возможность различия диаграммы проволоки и исходной стали не рассматривается, т.е. не принимается в учет технология изготовления проволоки и сетки.

Во всех известных работах не анализируется отличие фактических (рабочих) геометрических параметров сетки от номинальных, даже в пределах допуска [4], и не оценивается их влияние на модуль упругости сетки, прочность и выносливость. В то же время, в опытах [28] установлен значительный разброс АЧХ элемента ПСП, который трудно объяснить другими факторами. На влияние диаметра проволоки прямо указано в [29]. Исследований влияния шага сетки в совокупности с диаметром на её прочность и жесткость в научно-технической литературе не обнаружено.

Во всех перечисленных выше работах, в качестве модуля Юнга принят модуль исходной стали. В то же время даже простая аналогия с металлическими канатами [30]...[33] показывает его значительное уменьшение и зависимость от типа плетения.

Величина упругих удлинений каната зависит от его конструкции, отдельных технологических параметров и свойств, используемых для его производства проволок. В среднем модуль упругости для стальной проволоки принято считать

Епр = (2,06...2,10)-105 Н/мм2. При этом технология волочения проволоки предусматривает отпуск после каждого прохода через фильеру.

Модуль упругости каната Ек связан с модулем упругости проволоки Еир зависимостью:

ЕК=К-Епр ,

где к - коэффициент, к <1.

Значения коэффициента а, определенные различными исследователями колеблются:

к =0,6...0,8 - канаты одинарной свивки, к =0,33...0,45 - канаты двойной свивки, к =0,211 ...0,220 - канаты тройной свивки.

Просматривается полная аналогия зависимости модуля от типа каната с шагом и диаметром проволоки несущей плетеной сетки. Однако для плетеных сеток аналогичных соотношений неизвестно. При этом отпуск после каждого прохода восстанавливает исходный модуль стали. Значит уменьшения модуля изделия связано, в основном, с кривизной проволоки.

Очевидна необходимость исследования влияния параметров и технологии изготовления сетки на ее механические характеристики.

1.3 Технология изготовления сетки, требования к исходной проволоке

В ПСП применяется сетка тканая полотняного плетения с квадратными ячейками (см. рисунок 1.4), изготовленная из стали 12Х18Н9Т или из близких по свойствам сталей 10Х14Г14Н4Т, 12Х17Г9АН4, 12Х18Н10Т. Как отмечено выше, механические характеристики исходного материала претерпевают существенные изменения в процессе изготовления сетки.

Геометрические параметры и технология изготовления регламентируются документами [34]... [39]. Выбор данного типа сеток обусловлен экспериментально установленными хорошими звукоизоляционными характеристиками.

В ПСП возможно применение и других типов сеток. Этот вопрос - тема дальнейших исследований

Конструктивные особенности сетки - переплетение проволок основы и утка через одну проволоку. Сетка

Рисунок 1.4- Сетка плетеная

характеризуется размером стороны ячейки в свету и диаметром проволоки. За размер стороны ячейки в свету принимается расстояние между соседними проволоками основы или утка.

В рабочих ПСП применяется сетка из проволоки номинальным диаметром с1=0,22 мм и шагом в свету 0,9 мм. В работе для идентификации методики дополнительно исследовались сетки из проволоки с1=0,25 мм с шагом 1 мм и с1=0,40 мм с шагами 1,00, 1,60, 2,5 мм.

Параметры проволоки должны соответствовать требованиям ГОСТ 18143-72 [5]. Выдержка из ГОСТ применительно к нашему исследованию приведена в таблице 1.1. Цветом выделены параметры исследуемой проволоки. Овальность проволоки не должна превышать половины поля допуска по диаметру.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Таран, Владимир Алексеевич, 2016 год

ЛИТЕРАТУРА

1 Патент 2340478 Российская Федерация, МПК7 В 60 Я 13/08, О 01 К 11/16. Панель звукоизолирующая /Зубарев А.В., Трибельский И.А., Адонин В.А., Малютин В.И.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Прогресс" - № 2007131186/11; заявл. 15.08.2007; опубл. 10.12.2008, - Бюл. № 34. - 8с.: ил.

2 Патент 2457123 Российская Федерация, МПК7 В 60 Я 13/08, О 01 К 11/16. Панель звукоизолирующая и способ ее изготовления / Трибельский И.А., Адонин В.А., Бобров С.П., Денисов В.Д., Бохан В.В., Гидион В.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Прогресс" - № 2011113321/11; заявл. 06.04.2011; опубл. 27.07.2012, -Бюл. № 21. - 8с.: ил.

3 СТО 59987361-009-2008. Ткани базальтовые конструкционные: Стандарт организации: ОАО "Судогорские стеклопластики", - Взамен ТУ 5952-02700204949-95, ТУ 5952-031-00204949-95; введен март 2008.

4 ГОСТ 3826-82. Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов. - 2003. -8 с.

5 ГОСТ 18143-72 Проволока из высоколегированной коррозионностойкой и жаростойкой стали. Технические условия. - ИПК Издательство стандартов, 2003. -7 с.

6 Бохан В.В. Динамика гибких сетчато-пластинчатых звукоизолирующих панелей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук // ОмГТУ, Омск, 2013. - 172с.

7 Результаты испытаний, расчетных оценок и обоснование выбора конструктивных вариантов панелей ЗП и узлов прохода через ЗП, схемы крепления панелей ЗП к опорному контуру: технический отчет № Р-10-15/15 /ФГУП "НПП "Прогресс"; рук. И.А. Трибельский; исполн. В.А. Адонин и др. -Омск, 2011. - 145с.

8 Федорова М.А. Исследование прочности и жесткости несущей металлической сетки из стали 12X18Н9Т в составе пластинчато-сетчатой панели / М.А. Федорова, З.Н. Соколовский, С.А. Корнеев,В.А., В.А. Таран //Динамика механизмов и машин. - 2014. - №1. - С. 161-164

9 Коврев Г.С. Исследование остаточных упругих напряжений в проволоке из труднодеформируемых сплавов / Г.С. Кобрев, Б.А. Забрянский, А.П. Попов // Вестник МГОУ. Москва. Серия «Техника и технология», 2011, №4 (6) -С.5-13.

10 Боголепов И.И. Промышленная звукоизоляция / И.И. Боголепов - JI. ; Судостроение, 1986. - 368 е.: ил.

11 Боголепов И.И. Звукоизоляция на судах / И.И. Боголепов, Э.И. Авферонок. - JI. Судостроение, 1970. - 192 с.

12 Никифоров A.C. Акустическое проектирование судовых конструкций; Справочник / А.С.Никифоров. - JI.: Судостроение, 1990. - 200 с. : ил.

13 Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М. Яворский, A.A. Детлаф. 3-е изд. испр. - М. : Наука, Физматлит, 1965. - 624 с.

14 Гринченко В.Т. Волновые задачи рассеяния звука на упругих оболочках / В.Т. Гринченко, И.В. Вовк. - Киев : Наукова думка, 1986. - 240 с.

15 Davidsson P. Structure-acoustic analisis; Finite element modeling and reduction methods : Structural Mechanics / Peter Davidsson/ - Lund, Sweden, 2004. - 195 p.

16 Ihlenburg F. Finite Element Analysis of Acoustic Scattering / Frank Ihlenburg. -Nev York. : Springer, 1998. - 224 p.

17 Bathe K.-J. Finite element procedures / Klause-Jürgen Bathe. - Nev Jersey ; Prentice-Hall, 1996. - 1037 p.

18 Дмитриева O.A. Решение задач прохождения сферической звуковой волны сквозь упругий слой в ANSYS / O.A. Дмитриева, Я.А. Огрызко // ANSYS advantage. Русская редакция. - 2011. - №16. - с. 11-12.

19 Седов М.С. Звукоизоляция однослойных ограждений с упругой заделкой краёв в области частот выше граничной / М.С. Седов // Звукоизоляция

конструкций зданий. Труды Горьковского инженерно-строительного института им. В.П. Чкалова. - 1974. - вып. 71.-е. 21-28.

20 Бобылев В.Н. Звукоизоляция однослойных ограждающих конструкций на частотах ниже граничной [Текст] дис. ... канд. техн. наук: 05.23.10: защищена 21.11.02: утв. 24.06.02 / Бобылев Владимир Николаевич. -Горький, 1974. - 25 с.

21 Протокол №64/2010-1 Вибрационные испытания изделия "Панель ЗП" / ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова". - С.-Петербург, 2010.

22 Трибельский И.А. Метод оценочного расчета звукоизоляции гибкой панели новой конструкции / И.А. Трибельский, В.В. Бохан, A.B. Зубарев, А.Б. Майзель, C.B. Попков, С.А. Алексеев // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова : СПб. - 2010. Вып. 50. - №334. - с. 138-146.

23 Александров A.B. Строительная механика. Динамика и устойчивость упругих систем. Книга 2. / A.B. Александров, В.Д. Потапов, В.Б. Зылев / М., Высшая школа, 2008, 384 с.

24 Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. / В.И. Феодосьев. - М.: Наука, 1979.-560 с.

25 Расчетная оценка вибростойкости, ударостойкости и долговечности панели ЗП: технический отчет № 5/1/9105 / ГОУ ВПО" ОмГТУ"; рук. В.В. Шалай; исполн. Ю.А. Бурьян, С.А. Корнеев и др. - Омск, 2010. - 84с.

26 Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. / Ю.Н. Работнов. - М.: ГИФМЛ, 1962.-456 с.

27 Новожилов В.В. Микронапряжения в конструкционных материалах. / В.В. Новожилов, О.И. Кадашевич. - Л.: Машиностроение, 1990 - 223 с.

28 Бохан В.В. Амплитудно-частотные характеристики фрагментов гибкой сетчато-пластинчатой панели: экспериментальное исследование восьми образцов / В.В. Бохан, С.А. Граков, В.А.Таран, А.В.Зубарев /. Омский научный вестник №2 (140) 2015, с.185...189.

29 Иванов B.C. Влияние диаметра проволоки для металлосетки на ее механические характеристики / B.C. Иванов, В.А Суров // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности,- 2005. №6. - С. 124-126.

30 Глушко М.Ф. Стальные подъемные канаты. // Изд. "Техшка", Киев, 1986, -328 с.

31 Малиновский В.А. Стальные канаты, Часть 1. // Одесса, Изв. "Астропрнт", 2001,- 183 с.

32 Кошкин А.П. Канаты для подъемных устройств. / А.П. Кошкин, Г.П. Трофимов / Изв. Пермского научно-исследовательского политехнического университета, 2014, -108 с.

33 Рекомендации по выбору типов и расчету прочности стальных канатов, применяемых в строительных металлических конструкциях. ЦНИИ Проектстальконструкция им. Мельникова, 1991, - 37 с.

34 Справочник по производству металлических сеток. Краснокамск: Краснокамский завод металлических сеток. - 1958. - 96 с.

35 Производство металлических сеток для целлюлозно-бумажной промышленности. Пермь: Пермское книжное издательство. - 1973. - 281 с.

36 ГОСТ 6613-86. Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия. М.: Изд-во стандартов. - 1986. -16 с.

37 ТУ 14-4-507-99. Сетка, тканая с квадратными ячейками микронных размеров. Технические условия. - М.: Изд-во стандартов. 1999,- 6с.

38 ГОСТ 3187-76. Сетки проволочные тканые фильтровые. Технические условия. М.: Изд-во стандартов. - 1976. - 10 с.

39 Тканные сетки: технология производства, http: //allsteel/com ,u8a/reference/13592/.

40 Смирнов A.H. Обзор работ в области металлоткачества / А.Н. Смирнов, A.A. Тувин, И.С. Баталии, Гао Бинь // Вестник ИГТА. 2001. - № 1. с. 122 - 124.

41 Киреева А.И. Металлоткачество / А.И. Киреева, В.Ф. Перескокова, Г.П. Спиридонов // JL: Госэнергоиздат, 1957. -143 с.

42 Суров В.А. Динамика упругих систем батанных механизмов металлоткацких станков. / В .А. Суров, A.A. Тувин. Иваново: ИГТА. - 2004. - 188 с.

43 Светлицкий В.А. Механика стержней. М., Высшая школа, 1987.

44 ГОСТ 5632-72 Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. М.: Изд-во стандартов. - 1993. -17 с.

45 Марки и характеристики сталей. Справочник, http ://izh-metal ,ru/marks_steel/22_ 10. shtml.

46 Справочник сталей (марочник). - http://s-metall.com.ua/stal 12hl8n9t.html

47 Марочник сталей // Под редакцией В.Г.Сорокина // М.: Машиностроение, 1989.

48 Серенсен C.B. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность / C.B. Серенсен, В.П. Когаев, P.M. Шнейдерович // М., ГН-Т Изд. МЛ. -1963. -451 с.

49 Варданян Г.С. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности / Варданян Г.С., Андреев В.И., Атаров Н.М., Горшков A.A. // Издательство ассоциации строительных вузов, М.,1996, - С.567.

50 Ильюшин, A.A. Механика сплошной среды. / A.A. Ильюшин. - М.: Изд-во МГУ, 1978.-287 с.

51 Wtibull. Basis aspect of fatigure Cjlloqulum oufatigue, 1956.

52 Несущая способность и расчёт деталей машин на прочность. Руководство и справочное пособие. / Под. ред. C.B. Серенсена. - М.: Машиностроение, 1975.-488 с.

53 Головин С.А. Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов / С.А.Головин, А. М. Пушкар, Д.М. Левин .// М.: Металлургия, 1987. - 190 с.

54 Бондарь B.C. Неупругость. Варианты теории. / B.C. Бондарь,- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 144 с.

55 Таран В.А., Русских Г.С., Соколовский З.Н. Исследование механических характеристик тонкой проволоки из нержавеющей стали 12Х18Р9Т /

Материалы XXIV Всероссийской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности» Омск, 2-4 июня 2015 г., с.190-194.

56 В.А.Таран. Моделирование механических характеристик тонкой проволоки после волочения (на примере нержавеющей стали 12X18Н9Т) / В.А. Таран, Г.С. Русских, З.Н. Соколовский, А.Ю. Кондюрин / Омский научный вестник №3 (143) 2015, с.353..357.

57 Федорова М.А. Исследование параметров прочности и жесткости несущей металлической сетки из стали 12X18Н9Т в составе пластинчато-сетчатой панели / М.А. Федорова, З.Н. Соколовский // Вестник СибАДИ, Выпуск 4 (38)- 2014, С. 88-93.

58 Головин С.А. Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов / С.А. Головин, А. М. Пушкар, Д.М. Левин. - М. : Металлургия, 1987. - 190 с.

59 Таран В.А. Расчет напряжений в проволоке металлической тканой сетки после плетения // Физико-математическое моделирование систем. Материалы XV Международного семинара. Часть 1. - Воронеж, 2016 с. 155161.

60 Биргер, И. А. Остаточные напряжения / И. А. Биргер. - М.: Машгиз, 1963. -232 с.

61 Новожилов, В.В. Микронапряжения в конструкционных материалах. / В.В. Новожилов, Ю.И. Кадашевич. - JL: Машиностроение, 1990. - 223 с.

62 Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твёрдого тела / Ю. Н. Работнов. -М. : Наука, 1988.-712 с.

63 Корнеев С.А. Определяющие соотношения вязкоупругопластических сред при малых деформациях. / С.А. Корнеев. // Изв. РАН. МТТ. - 2005. - № 3. -С. 106-122.

64 Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. / H.H. Малинин. - М.: Машиностроение, 1975. - 400 с.

65 Радченко В.П. Наибольшая величина сжимающих остаточных напряжений при поверхностном упрочнении деталей / В.П. Радченко, В.Ф. Павлов // Прочность материалов и элементов конструкций: Труды международной научно-технической конференции. - ИПП им. Г.С. Писаренко НАЛ Украины, 2011. - С. 354-357.

66 Колмагоров Г.Л., Кошелева H.A., Кузнецова Е.В., Чернова Т.В. Температурные условия и режимы формирования остаточных напряжений при волочении проволоки // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. -2011. -№3.

67 Хромов И.В. Моделирование процесса рихтовки стальной канатной проволоки с учётом экспериментальной диаграммы растяжения / И. В. Хромов // Вестник СевГТУ. - Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2012. - Вып. 132: Механика, энергетика, экология. - С. 24-29.

68 Чернышев, Г. Н. Остаточные напряжения в деформируемых твёрдых телах. / Г.Н. Чернышев, А. Л. Попов, В. М. Козинцев и др. - М.: Наука, 1996. - 240 с.

69 Таран В.А. Моделирование упругого растяжения тонкой плетеной металлической сетки (на примере сетки из нержавеющей стали 12Х18Н9Т) / В.А. Таран, Г.С. Русских, З.Н. Соколовский. // Материалы международной конференции НХИ. Омск. 2016.

70 Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений / Под. ред. Дж. Холла, Дж. Уатта. - М. : Мир, 1979.-312 с.

71 Араманович И.Т., Левин В.И. Уравнения математической физики. М.; Наука, 1969. 288 с.

72 http://www.detalmach.ru/lectdinamika7.htm

73 Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента / В.Б. Тихомиров. М.: Легкая индустрия. - 1974. - 262 с.

74 Биргер И. А. Сопротивление материалов / И. А. Биргер, P.P. Мавлютов: Учебное пособие. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 560 с.

75 Корнеев С.А. Аналитический расчёт собственных и вынужденных колебаниий пластинчато-сетчатой панели / С.А. Корнеев, М.А. Федорова // Омский научный вестник - 2011. - Серия: Приборы, машины и технологии. Вып.З (103).-С. 129-133.

76 Федорова М.А. К динамике пластинчато-сетчатой панели / М.А. Федорова, С.А. Корнеев // Россия молодая: передовые технологии в промышленность: Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Омск, 2011 - С. 133-136.

77 Александров A.B. Сгроительная механика. Динамика и устойчивость упругих систем. Книга 2. / A.B. Александров, В.Д. Потапов, В.Б. Зылев // Москва, "Высшая школа", 2008, с. 384.

78 Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле / С.П. Тимошенко, Д.Х. Янг, У. Уивер. // Москва, "Машиностроение", 1985, с.472.

79 Тейлор Р. Шум / Под ред. М. А. Исаковича. - М.: «Мир», 1978. - 308 с.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ (1 - номинальный диаметр проволоки по ГОСТ; с1ф - фактический диаметр проволоки;

а - номинальный размер ячейки сетки по ГОСТ (шаг сетки в свету);

11изв - высота извлеченной проволоки;

Исет - высота сетки;

ЬСет - фактический шаг сетки в сборе;

Ьномин - сумма номинальных значений диаметра проволоки (1 и размера ячейки а;

Ь - шаг извлеченной проволоки;

1п - длина прямолинейного участка проволоки;

Ро - остаточный радиус кривизны извлеченной проволоки в зоне контакта с поперечными нитями;

р - радиус кривизны проволоки в составе сетки в зоне контакта с поперечными нитями;

Я - средний радиус кривизны извлеченной проволоки;

Ясс, - средний радиус кривизны проволоки в составе сетки;

а - угол наклона к оси сетки прямолинейного участка извлеченной проволоки;

(Хсех - угол наклона к оси сетки прямолинейного участка проволоки в составе

сетки;

у - угол между двумя соседними прямолинейными участками извлеченной проволоки;

^изв разность (Ьсет- Ь); ^изв разность (11сст - Иизв); Е - модуль упругости материала (стали); Б - текущий касательный модуль;

Еоисх - условный модуль упругости исходной проволоки (до плетения);

ЕИЗВ " "

о - условный модуль упругости извлеченной из сетки проволоки; Е0сетки - условный модуль упругости проволоки в составе сетки;

Едсп - приведенный модуль упругости проволоки сетки в составе ПСП; о - напряжение;

аи - предел прочности (временное сопротивление разрыву); ат - предел текучести;

сг02 - условный предел текучести (напряжение после разгрузки, от которого остаточная деформация составляет 0,2%);

сгпц - предел пропорциональности (напряжение, соответствующее модулю растяжения Е/2);

ау - предел упругости (напряжение, соответствующее окончанию действия закона Гука);

о_1 - предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения при изгибе;

т_1 - предел выносливости материала в случае симметричных циклов

нагружения при кручении;

оа - амплитуда напряжений;

По - базовое число циклов нагружения;

п - заданное число циклов нагружения;

V - скорость деформирования;

8 - деформация;

5 - относительное удлинение;

А1 - доля площади сечения проволоки, на которую действуют остаточные растягивающие напряжения после волочения;

А2 - доля площади сечения проволоки, на которую действуют остаточные сжимающие напряжения после волочения; А - площадь сечения проволоки;

с1с - диаметр условной границы слоев проволоки с остаточными растягивающими и сжимающими напряжениями после волочения; аи - деформация при упруго-пластическом изгибе проволоки; у - координата по оси У;

z - координата по оси Z; С - угловая координата; N - продольная сила; Q - поперечная сила; М - изгибающий момент; W - перемещение вдоль оси Z, V - перемещение вдоль оси Y, ф - поворот вокруг оси X;

тр - масса одного комплекта пластин с базальтовой тканью и сеткой в составе ПСП;

X - длина сетки в составе элемента ПСП, состоящего из трех комплектов пластин, которая деформируется в процессе растяжения; q - погонная нагрузка; Р - сосредоточенная сила;

Np - сила растяжения гибкой нити (проволоки) от веса ПСП при статическом прогибе;

А - амплитуда колебаний ПСП;

Авиб - амплитуда колебаний стола вибростенда;

Ппсп - количество нитей (проволок) в подвижной части ПСП;

f - частота колебаний;

fBn6 ~ частота колебаний стола вибростенда;

К - кинетическая энергия;

U - потенциальная энергия;

Кд - динамический коэффициент;

(3 - коэффициент демпфирования;

Lp - проекция на ось Z длины сетки в составе ПСП, установленной на раме, работающей на растяжение при статическом прогибе в горизонтальном положении;

Ьи - проекция на ось Ъ длины сетки в составе ПСП, установленной на раме, работающей на изгиб при статическом прогибе в горизонтальном положении; к - динамический коэффициент перегрузки при ускорении объекта установки

ПСП.