Повышение стойкости к ударным воздействиям композитных узлов сельхозмашин применением упруговязкопластичных жидкостей
Автор: Астахов Михаил Владимирович, Славкина Екатерина Викторовна
Журнал: Инженерные технологии и системы @vestnik-mrsu
Рубрика: Технологии и средства механизации сельского хозяйства
Статья в выпуске: 2, 2020 года.
Бесплатный доступ
Введение. Применение композитных материалов в сельскохозяйственном машиностроении известно как один из зарекомендованных способов снижения массы конструкции и защиты от коррозии. К основным недостаткам таких изделий можно отнести их низкую стойкость к ударным нагрузкам, возникающим во время эксплуатации. Целью данной работы является разработка стеклокомпозитной многослойной конструкции борта прицепа, способной выдерживать наряду со статически приложенными силами ударные нагрузки без включения дополнительных армирующих металлических элементов в зоны предполагаемых ударов. Материалы и методы. Для повышения ударопрочности изделия после проведенного анализа современных конструкторских решений предложено применение упруговязкопластической неньютоновской жидкости на основе полисиликона путем введения в силовой элемент в качестве дополнительного слоя с целью компенсации ударных воздействий. Результаты исследования. На основании проведенного лабораторного тестирования с применением статистической обработки полученных данных определены основные механические характеристики неньютоновской жидкости (полисиликона) при испытаниях на удар (плотность, коэффициент Пуассона, модуль Юнга, модуль сдвига), построены графики полученных зависимостей. Температура исследуемых образцов полисиликона не оказывала значительного влияния на их механические свойства. Установлено: начиная со значения относительной деформации 0,042, за время удара полисиликон проявляет линейно-упругие свойства. Обсуждение и заключение. На основании полученных механических характеристик сделаны выводы о стойкости к ударным нагрузкам полисикона как составной части элемента борта прицепа. Предложен вариант компоновки конструктивного решения борта прицепа как многослойного сэндвич-элемента с внешними частями из поли мерного композитного материала с внутренним наполнением стеклопластиковыми сотами и полисиликоном, помещенным в крупные ячейки.
Ударная нагрузка, испытания на ударный изгиб, сэндвичевая композитная конструкция, полисиликон, дилатантная жидкость, полимерный композитный материал, ударная вязкость
Короткий адрес: https://sciup.org/147221958
IDR: 147221958 | УДК: 620.22-419.8:620.178.7 | DOI: 10.15507/2658-4123.030.202002.268-286
Improving the shock resistance of agricultural composite units using visco-elastic fluids
Introduction. The use of composite materials in agricultural engineering is known as one of the recommended ways to reduce the weight of the structure and protect against corrosion. The main disadvantages of such products are their low resistance to shock loads that occur during operation. The aim of this study is to develop a glass composite multi-layer structure of the trailer side, capable of withstanding shock loads along with statically applied forces, without including additional reinforcing metal elements in the zones of the possible impacts. Materials and Methods. To increase the impact resistance of the product (after an analysis of modern design solutions) the use of visco-elastic non-Newtonian fluids based on poly-silicon by introducing an additional layer into the power element to compensate for impact effects is proposed. Results. On the basis of laboratory testing using statistical processing of the obtained data, the basic mechanical characteristics of non-Newtonian fluid (polysilicon) during impact tests (density, Poisson's ratio, Young's modulus, shear modulus) are determined, and graphs of the obtained dependencies are constructed. The temperature of the tested poly-silicon samples did not significantly affect their mechanical properties. It is established that starting from the value of relative deformation 0.042, during the impact polysilicon shows linearly elastic properties. Discussion and Conclusion. Based on the received mechanical characteristics, the conclusions about resistance to shock loads of polysilicon as a component of a trailer board element are made. The variant of arrangement of the trailer board structural solution as a multilayer sandwich element with external parts made of polymer composite material with internal filling with fiberglass cells and polysilicon placed in large cells is offered.
Список литературы Повышение стойкости к ударным воздействиям композитных узлов сельхозмашин применением упруговязкопластичных жидкостей
- Патент № 1745600 СССР, МПК B62D 33/027, B62D 29/04. Откидной борт платформы грузового транспортного средства : заявл. 28.02.1990 : опубл. 07.07.1992 / Астахов М. В., Дика-рев В. В., Русый Е. В ; патентообладатель Украинский институт инженеров водного хозяйства. - 4 с.
- Karaduman, N. S. Textile Reinforced Structural Composites for Advanced Applications / N. S. Karaduman, Y. Karaduman, H. Ozdemir [et al.] // Textiles for Advanced Applications. - 2017. -URL: https://www.intechopen.com/books/textiles-for-advanced-applications/textile-reinforced-structur-al-composites-for-advanced-applications (дата обращения: 14.04.2020).
- Mavhungu, S. T. Aluminum Matrix Composites for Industrial Use: Advances and Trends / S. T. Ma-vhungu, E. T. Akinlabi, M. A. Onitiri [et al.]. - DOI 10.1016/j.promfg.2016.12.045 // International Conference on Sustainable Materials Processing and Manufacturing, SMPM. - 2017. - Vol. 7. - Pp. 178-182. -URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2351978916302086?via%3Dihub (дата обращения: 14.04.2020).
- Becenen, N. Mechanical Properties of Plastic Matrix Composite Materials Used in Tractor Bonnets / N. Becenen, B. Eker, M. Sahin. - DOI: 10.1177/0731684410386990 // Journal of Reinforced Plastics and Composites. - 2010. - Vol. 29, Issue 24. - Pp. 3637-3644. - URL: https://journals.sagepub.com/ doi/10.1177/0731684410386990 (дата обращения: 14.04.2020).
- Misirli, C. An Investigation on Plastic Matrix Composite Materials / C. Misirli, N. Becenen, M. Sahin. - DOI 10.4028/www.scientific.net/AMM.555.406 // Applied Mechanics and Materials. -2014. - Vol. 555. - Pp. 406-412. - URL: https://www.scientific.net/AMM.555.406 (дата обращения: 14.04.2020).
- Valasek, P. Epoxy Resin Filled with Primary and Secondary Raw Material - Useable in Agriculture // P. Valasek, J. Kejval, M. Muller. - DOI 10.17221/23/2013-RAE // Research in Agricultural Engineering. - 2014. - Vol. 60, Issue 4. - Pp. 165-171. - URL: https://www.agriculturejournals.cz/web/rae.ht m?volume=60&firstPage=165&type=publishedArticle (дата обращения: 14.04.2020).
- Сорокина, И. И. Перспективы применения полимерных композитных материалов с добавлением нанокристаллических порошков оксида алюминия в конструировании и ремонте сельскохозяйственной техники / И. И. Сорокина, М. В. Астахов // Труды ГОСНИТИ. - 2012. - Т. 109, № 1. - С. 9-13.
- Vaidya, U. Composites for Automotive, Truck and Mass Transit / U. Vaidya. - Lancaster : DEStech Publications, 2011. - 419 p. - ISBN 978-1-932078-79-4. - URL: https://www.researchgate.net/publica-tion/288004403_Composites_for_Automotive_Truck_and_Mass_Transit (дата обращения: 14.04.2020).
- Figlus, T. Impact of Application of Selected Composite Materials on the Weight and Vibroactiv-ity of the Upper Gearbox Housing / T. Figlus, M. Koziol, L. Kuczynski. - DOI 10.3390/ma12162517 // Materials. - 2019. - Vol. 12, Issue 16. - Pp. 2517. - URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/12/16/2517 (дата обращения: 14.04.2020).
- Cross, R. Elastic and Viscous Properties of Silly Putty // R. Cross. - DOI 10.1119/1.4732086 // American Journal of Physics. - 2012. - Vol. 80, Issue 10. - Pp. 870-875. - URL: https://aapt.scitation.org/ doi/10.1119/1.4732086 (дата обращения: 14.04.2020).
- Cross, R. Elastic Properties of Plasticine, Silly Putty, and Tennis Strings / R. Cross. - DOI 10.1119/1.4767481 // The Physics Teacher. - 2012. - Vol. 50, Issue 9. - Pp. 527-529. - URL: https:// aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.4767481 (дата обращения: 14.04.2020).
- Golinelli, N. Mechanical Behavior of Magnetic Silly Putty: Viscoelastic and Magnetorheologi-cal Properties / N. Golinelli, A. Spaggiari, E. Dragoni. - DOI 10.1177/1045389X15591655 // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. - 2017. - Vol. 28, Issue 8. - Pp. 953-960. - URL: https:// journals.sagepub.com/doi/10.1177/1045389X15591655 (дата обращения: 14.04.2020).
- Boland, C. S. Sensitive Electromechanical Sensors Using Viscoelastic Graphene-Polymer Nano-composites / C. S. Boland, U. Khan, G. Ryan [et al]. - DOI 10.1126/science.aag2879 // Science. - 2016. -Vol. 354, Issue 6317. - Pp. 1257-1260. - URL: https://science.sciencemag.org/content/354/6317/1257 (дата обращения: 14.04.2020).
- Астахов, М. В. Применение тонкостенных конструкций в сельскохозмашиностроении / М. В. Астахов // Тракторы и сельхозмашины. - 2003. - № 7. - С. 25-27.
- Астахов, М. В. Композиционные материал в сельскохозяйственном машиностроении / М. В. Астахов, Т. В. Таганцев // Тракторы и сельхозмашины. - 2004. - № 9. - С. 42-44.
- Патент № 182601 Российская Федерация, МПК F16B. Крепежный элемент для соединения деталей из слоистых полимерных композиционных материалов на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол с металлическими частями конструкции : заявл. 11.05.17 : опубл. 23.08.18 / Астахов М. В. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Астахов М. В., Сорокина И. И., Грачева Е. В. - 6 с.
