Статическая и длительная прочность элементов пульпо- и реагентопроводов из композиционных материалов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

4 1. Компьютерное микросканирование и структурный микроанализ стеклопластиков при длительной эксплуатации на пульпо- и реагентопрово-дах.

1.1. Микроструктура стеклопластика несущего слоя композитной трубы № 195-97.

1.2. Результаты микросканирования границы раздела футеровочного и несущего слоев композитной трубы № 195-97.

1.3. Микроструктура стеклопластика несущего слоя композитной трубы № 443-94.

1.4. Результаты микросканирования границы раздела футеровочного и несущего слоев композитной трубы № 443-94. ф, 1.5. Микроструктура стеклопластика несущего слоя композитной трубы № 1-94.

1.6. Результаты микросканирования границы раздела футеровочного и несущего слоев композитной трубы № 1-94.

1.7. Фрактографический анализ стеклопластиковых труб при длительной эксплуатации на пульпопроводах.

2. Определение прочностных и жесткостных характеристик стеклопластика до и после эксплуатации на пульпо- и реагентопроводах.

2.1. Методика проведения и результаты испытаний образцов стекло-пластиковой трубы № 195-97.

2.1.1. Испытания на растяжение.

2.1.2. Испытание на сжатие.

2.1.3. Испытания на изгиб.

2.2. Определение остаточных прочностных и жесткостных характеристик стеклопластика после длительной эксплуатации на реа-гентопроводе стеклопластиковой трубы № 1-94.

2.2.1. Испытания на изгиб двухслойных образцов.

2.2.2. Испытания на адгезионную прочность по границе раздела стеклопластик - футеровочный слой.

2.2.3. Испытания на изгиб однослойных образцов.

2.3. Определение остаточных прочностных и жесткостных характеристик стеклопластика после длительной эксплуатации на пульпопроводе стеклопластиковой трубы № 443-94.

2.3.1. Испытания на изгиб двухслойных образцов.

2.3.2. Испытания на адгезионную прочность по границе раздела стеклопластик — футеровочный слой.

Анализ напряженно-деформированного состояния стеклопластиковых труб для пульпо- и реагентопроводов.

3.1. Нагрузки, действующие на трубы в пульпопроводах.

3.2. Геометрическая часть задачи.

3.3. Основные гипотезы.

3.4. Физические соотношения теории анизотропных оболочек.

3.5. Уравнения равновесия и граничные условия.

3.6. Методика расчета напряженно-деформированного состояния композитных труб.

3.7. Исследования напряженно-деформированного состояния композитных труб.

3.8. Расчет однородной изотропной цилиндрической оболочки под внутренним давлением.

3.9. Расчет однородной анизотропной цилиндрической оболочки под внутренним давлением.

3.10. Расчет несущей способности и оценка остаточного ресурса стеклопластиковых труб для пульпо- и реагентопроводов.

Актуальность работы.

Технический прогресс нового тысячелетия будет во многом определяться использованием материалов нового уровня эксплуатационных свойств, в числе которых ведущая роль несомненно принадлежит композиционным материалам (КМ) [ 4,37].

В химической промышленности при изготовлении оборудования из композитов наибольшее распространение получили стеклопластики на основе полиэфирных и некоторых других типов связующих. Применение стеклопластиков обеспечивает повышение срока эксплуатации оборудования, снижение затрат на его установку и ремонт по сравнению с традиционными коррозионно-стойкими материалами и сплавами. Применение стеклопластико-вых труб взамен металлических позволяет обеспечить увеличение срока службы трубопроводов в 5-8 раз, исключить применение антикоррозионных защитных средств, в 4-8 раз снизить массу трубопровода, исключить применение сварочных работ.

Одним из факторов, ограничивающим применение оборудования из композитов в химической промышленности остается пока еще их относительно высокая цена, во многих случаях превосходящая стоимость металлов. Необходимо отметить, что на экономическую эффективность композитных конструкций в ряде случаев могут повлиять затраты, обусловленные фактором новизны этих конструкционных материалов: обоснование выбора материалов и технологических процессов, проектирование конструкции, контроль качества.

Основными задачами, решение которых должно способствовать повышению эффективности композитов как конструкционных материалов и расширению областей их применения, являются следующие: совершенствование существующих и разработка новых механизированных и автоматизированных процессов производства КМ и деталей из них; изучение свойств КМ и динамики их изменения в процессе эксплуатации; накопление опыта эксплуатации деталей и узлов конструкций из КМ; разработка методов контроля качества КМ и композитных конструкций (в том числе и неразрушающих); совершенствование и разработка новых методов проектирования конструкций из КМ; оценка трудозатрат и других экономических показателей создания объектов техники с применением КМ.

В последние три десятилетия механика композиционных материалов получила интенсивное развитие. Основные подходы и современные достижения механики композитов отражены в работах [2,5,12,15,22,45,46,49,52].

Методы прогнозирования эффективных упругих свойств современных композитов разработаны достаточно хорошо. Достигнутые в механике неоднородных сред результаты по прогнозированию эффективных свойств и сопутствующие им результаты по определению полей микронапряжений и микродеформаций являются базой для исследования упругопластических и прочностных свойств микронеоднородных материалов. Стремление к более полному использованию несущей способности ответственных конструкций неизбежно приводит к необходимости всесторонних исследований, предшествующих построению комплексных моделей деформирования и разрушения реальных микронеоднородных материалов при сложном напряженном состоянии и нелинейных свойствах элементов структуры.

К настоящему времени благодаря использованию численных методов механики деформируемого твердого тела и некоторых новых подходов, разработанных непосредственно для структурно-неоднородных тел, получены решения ряда задач неупругого деформирования с учетом сложного характера распределения напряжений и деформаций в структурных элементах. Применительно к волокнистым композитам это отражено в работах [1,7].

Композиционные материалы в зависимости от структуры могут быть как изотропными и анизотропными, даже если они состоят только из изотропных компонентов. При постановке задач определения эффективных характеристик анизотропных композиционных материалов возникает необходимость выбора теории пластичности анизотропного тела, позволяющей адекватно описать поведение эквивалентной однородной среды.

Вопросам построения определяющих соотношений механики пластического деформирования начально анизотропных материалов посвящено значительное число работ [44, 89]. Предложены различные варианты теории пластичности [25, 60] и теории течения [36, 62] Большое внимание уделено определению количества и структуры независимых инвариантов заданной совокупности тензоров. Рассматриваемый вопрос представляется весьма важным для механики композитов, однако, крайне ограниченное число работ по экспериментальному исследованию закономерной деформирования анизотропных материалов в условиях сложного напряженного состояния не позволяет в полной мере оценить достоверность и общность того или иного варианта теории пластичности анизотропных сред.

Исследованию неупругого поведения композитов со слоями, армированными волокнами, посвящена работа [70]. Следует отметить, что значительная часть результатов получена без учета межслойных взаимодействий. Как отмечено в [58], такое упрощение в некоторых случаях может оказаться слишком грубым. Это подтверждается тем, что разрушение слоистых конструкций часто происходит путем расслоения.

Слоистые композиционные материалы, состоящие из изотропных слоев, также привлекают внимание исследователей [6]. В монографии [52] приведено решение задачи прогнозирования эффективных свойств слоистых композитов с хаотически расположенными изотропными компонентами, обладающими малой физической нелинейностью, по методу малого параметра в предположении о достаточности первого нелинейного приближения. Работы [35,63] посвящены развитию методов вычислительной механики с целью прогнозирования упругопластического поведения слоистых материалов периодической структуры в произвольном напряженном состоянии. При этом использованы положения теории пластичности анизотропных сред, разработанной Б.Е. Победрей [60,61,62].

Нелинейный характер зависимости между напряжениями и деформациями композиционных материалов может являться следствием не только пластического деформирования и иметь место даже в случае линейно упругих компонентов [28,29]. Это обусловлено тем, что полному (макроскопическому) разрушению изделий из композитов предшествует сложный процесс разрушения отдельных элементов структуры. Изучение этого процесса важно не только для анализа условий образования макроскопической трещины, но и для исследования поведения материала под нагрузкой.

Модели деформирования композитов после начала разрушения слоев, или после так называемого "первого разрушения слоя" [87], описаны в работах [56, 69, 87] и др. Некоторые вопросы моделирования разрушения структурных элементов рассмотрены также в [29, 57, 68, 85]. Каждый акт структурного разрушения сопровождается перераспределением напряжений в элементах композита, приводящим либо к продолжению, либо к прекращению разрушения при данном уровне внешней нагрузки.

Построение моделей неупругого деформирования композиционных материалов с учетом этих процессов выдвигает в качестве основных вопросы выбора критериев структурного разрушения и описания остаточных деформационных и прочностных свойств элементов неоднородной среды после выполнения тех или иных условий их разрушения. Важное значение при этом имеет тот факт, что элемент структуры композита может быть разрушен по различным механизмам. Например, в случае армированного монослоя возможно растрескивание или отслоение матрицы, расщепление, разрывы или выдергивание волокон и т.д. [57]. Эти и другие механизмы изменения несущей способности структурного элемента отождествляются с той или иной схемой изменения его жесткостных свойств [68].

Как уже было отмечено, при исследовании композиционных материалов возникает необходимость привлечения вероятностных представлений и аппарата теории случайных функций, обусловленная случайным характером свойств, взаимного расположения элементов структуры и, как следствие, стохастическим процессом их разрушения [11,22,29,49,52,57,69].

В настоящее время, в механике деформируемого твердого тела можно выделить два подхода к анализу деформирования и разрушения элементов конструкций из композиционных материалов: феноменологический и структурно-феноменологический. Феноменологический базируется на постановках краевых задач механики упругого, упруго-пластичного и вязкоупругого деформирования сплошной однородной среды [32,67], в том числе с учетом анизотропии свойств. При этом свойства композита полагаются заранее определенными из механического эксперимента, расчет напряженно-деформированного состояния конструкции проводится с использованием численных методов механики [31]. Оценка несущей способности конструкции проводится на основе феноменологических критериев прочности анизотропных материалов [23,24,26]

Феноменологический подход к моделированию поврежденности материалов состоит в описании образования внутренних разрывов при помощи некоторых функций состояния материала. Эта идея нашла отражение в известных работах А.А. Ильюшина [32], В.В. Болотина [12], В.П. Тамужа и А.Ж. Лагздиньша [80]. Она получила развитие благодаря усилиям многих других исследователей и явилась основой создания механики поврежденной сплошной среды [9, 53, 86], в рамках которой повреждение материала определяется как любое микроструктурное изменение, приводящее к какому-либо изменению механических свойств [53].

Статистический разброс жесткостных и прочностных свойств композитов, а также усталостной долговечности конструкционных материалов, требует больших затрат на проведение механических испытаний при анализе элементов конструкций в рамках классического подхода.

Структурно-феноменологический подход состоит в разработке моделей, которые позволяют описать и объяснить явления, исходя из внутренней структуры рассматриваемых объектов. Структурно-феноменологический или микромеханический подход начал формироваться с проблемы прогнозирования эффективных модулей упругости неоднородных материалов, возникшей в связи с большим разнообразием микроструктур [12,22]. Благодаря возможности прогнозирования жесткостных свойств композитов на основе данных о структуре материала, указанные методы получили распространение при проектировании и оптимизации конструкций [5,16], а также для решения обратных задач о идентификации свойств компонентов структуры [3].

Дальнейшее развитие структурно-феноменологического подхода связано с использованием соотношений механики деформирования неоднородных сред и математических методов решения систем дифференциальных уравнений с быстро осцилирующими коэффициентами [9,61,74], позволяющих описывать реальную форму и взаимное расположение компонентов структуры.

Эти подходы тесно связаны между собой и должны взаимно обогащать друг друга [11]. Построение нелинейных моделей поведения среды с эффективными свойствами для описания деформирования композита, сопровождаемого разрушением элементов структуры, соответствует методологии феноменологического описания. Необходимость и полезность феноменологических теорий была обоснована В.В. Новожиловым [55].

Процесс разрушения структурно-неоднородных сред носит многостадийный характер. Наиболее выражена стадия объемного, или рассеянного, разрушения, которая связана с объемным накоплением стабильных микротрещин и при достижении пороговой концентрации переходит через укрупнение и слияние на следующий масштабный уровень [69,92]. Естественно предположить, что характер взаимодействия микроповреждений определяет также условия макроразрушения неоднородной среды и, следовательно, ее прочностные свойства.

Проблема описания перехода от микро- к макроразрушению является очень важной для механики композитов. При этом существует много различных исходных предпосылок и методов оценки прочности с позиций структурной механики.

Анализ структуры композиционных материалов является широко распространенным методом исследования [48,59,65]. Современное состояние данного метода в материаловедении и механике материалов характеризуется переходом от сравнительного анализа структур к количественной металлографии и оценке свойств материалов на базе реальной микроструктуры с привлечением методов механики композитов [12,15,74,90].

Для оценки свойств материалов и в подтверждении анализа микроструктур могут быть проведены испытания образцов композиционных материалов.

В настоящее время накоплен большой опыт по испытанию композиционных материалов [51,81]. Созданы различные разрушающие и неразру-шающие методы определения механических свойств. Однако не все разрушающие методы достаточно изучены, многие методы разработаны для изучения свойств изотропных материалов, а затем распространены на композиционные материалы. Естественно, они не учитывают особенностей структуры и свойств композиционных материалов, что приводит к результатам, которые невозможно повторить. Созданные ГОСТы по некоторым методам испытаний композиционных материалов во многом упростили задачу по получению стабильных и воспроизводимых значений их механических характеристик. Однако часть вопросов по выбору схемы нагружения, формы и размеров образца, а также базы измерений до настоящего времени окончательно не решена. Особенно большие трудности вызывают испытания пространственно-армированных композиционных материалов вследствие явно выраженной структурной макронеоднородности, которая ограничивает выбор этих параметров.

Статические испытания композитных образцов на одноосное растяжение и сжатие проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 25.601-80. Целью испытаний является определение модуля Юнга, коэффициента Пуассон и предела прочности на одноосное растяжение и сжатие.

Для определения остаточного ресурса изделий из композиционных материалов недостаточно проведение испытаний на одноосное растяжение и сжатие (по определению модуля Юнга), поэтому есть необходимость в проведении комплексных испытаний образцов на трехточечный изгиб.

Испытания на сдвиг композиционных материалов изучены мало [81]. Определение пределов прочности при сдвиге на плоских образцах является одной из сложных и до конца не решенных задач. Существует множество методов ее определения [81], однако все они чувствительны к способу их реализации, изменению размеров образца и рабочей базы.

На прочность и деформативность армированных пластиков могут влиять различные факторы: выбор режимов намотки и отверждения изделий, температурный фактор, монтаж при работе и т.д. [8,27,34,88]. Вопросы прочности и разрушения армированных пластиков исследовались в работах [20,54,64,71,72,83,85].

В качестве связующего в композиционном материале применяются полимеры, металлы или соединения различного химического состава, представляющие собой пластические и хрупкие материалы. Полимерные соединения получили наиболее широкое распространение в стеклопластиках и обладают более сложными свойствами, чем другие матрицы. В практике широко используют на основе фенольных, полиэфирных, эпоксидных и других жестких смол. Среди них особого внимания заслуживают композиции эпоксидных смол с другими компонентами. Вопросы выбора связующего для стеклопластика и характеристика армирующих волокон изложены в работах [39,47,66,77,79]. Однако не достаточно экспериментальных данных по выбору того или иного типа связующего.

Расчет прочности и надежности композитных цилиндрических оболочек изложен в работах [17,18,19,41,42]. Однако проблемы прочности и надежности трубопроводов из композиционных материалов остается достаточно острой.

Исследование напряженно-деформированного состояния композитной трубы может быть осуществлено в рамках теории ортотропных цилиндрических оболочек типа Тимошенко [82]. Учесть все факторы в рамках оболо-чечных моделей невозможно, поэтому анализ напряжений и деформаций в таких конструкциях необходимо проводить в трехмерной постанове. Основой анализа может послужить сеточная модель, а в частности метод конечных элементов.

С развитием вычислительной техники и программных продуктов исследователей стало привлекать моделирование процессов разрушения и проектирование конструкций из композиционных материалов на ЭВМ [32,42].

Для реализации метода конечных элементов на ЭВМ существуют различные программные пакеты: ANSYS, АРМ WinMachine. Программный комплекс ANSYS уже завоевал определенный рынок потребителей, однако он требует больших временных затрат при освоении и хорошего знания английского языка. Система АРМ WinMachine разработана в г.Королев-Центр Московской обл. в 1992 г. [98]. Все модули системы русифицированы и имеют удобный интерфейс. Эта система проще в освоении, однако позволяет качественно проводить расчеты и получать результаты. Кроме этого, модули системы АРМ WinMachine используются в учебном процессе Березниковского филиала ПГТУ. [95]

Разработка новых методов проектирования композиционных материалов позволить расширить области их применения.

Опыт эксплуатации стеклопластиковых труб с износостойким покрытием как элементов гидротранспортной системы при закладочных работах на калийных рудниках в АО «Уралкалий» г.Березники и АО «Сильвинит» г.Соликамск показывает высокую долговечность конструкций из композиционных материалов в сравнении с металлическими.

Закладка на калийных рудниках служит для сохранения сплошности водозащитной толщи, уменьшения оседания земной поверхности, увеличения извлечения руды из недр, улучшения проветривания горных выработок, уменьшения площадей земель, отторгаемых под солеотвалы, уменьшения засоления грунтовых вод и водоемов. Более подробно о роли закладки и закладочных работах изложено в работах [13,14].

В недавнем прошлом гидротранспорт производился в основном по стальным трубам. Стальные трубы при транспортировании в них пульп подвергаются абразивному и химическому износу. В среднем удельная пропускная способность стальных труб при транспортировании солевых пульп составила с учетом их поворота около 2 х 105 т/мм по твердому.

В 1978-1982г.г. на Первом Березниковском рудоуправлении для увеличения износостойкости шахтных пульпопроводов их футеровали камнели-тыми вкладышами Кондоножского завода, футеровку производили без цементного раствора. Затрубное пространство заполнялось мелкими частицами соли. После пропуска 2 млн.тонн соли, внутренняя поверхность трубы не имела следов износа. Износа камнелитных вкладышей при пропуске 2.5. млн.т солеотходов не отмечено. Однако, камнелитные вкладыши широкого применения не получили из-за низкого качества литья (до 50% брака), большой трудоемкости футеровки, разрушения вкладышей при ударах по трубе.

Высокую пропускную способность имеют биметаллические трубы (в 810 раз больше, чем у стальных), но эти трубы также не получили применения вначале из-за дефицитности, а затем выпуск их был прекращен.

В последнее время концевые участки гидрозакладочных пульпопроводов монтируют из полиэтиленовых труб. Пропускная способность этих труб в 5-10 раз больше стальных. Эти трубы легки, удобны в монтаже, их шероховатость мала и не изменяется при износе. Недостаток полиэтиленовых труб -малое рабочее давление до 1.2 МПа. Из-за малого давления максимальная длина участка пульпопровода из этих труб не должна превышать 2000 м.

Радикальным решением данной проблемы является разработка износостойких труб из композиционных материалов. Несущий каркас труб изготовлен из стеклопластика на основе эпоксидных смол, а внутренняя из резины, полиуретана, термореактивных пластмасс. Эти трубы были поставлены рудоуправлениям ОАО "Уралкалий" и "Сильвинит". Контрольные образцы труб были испытаны ОАО «Галургия» и даны рекомендации труб по их применению.

ОАО «Пласт» освоило выпуск изностойких труб внутренним диаметром 150, 215, 265 мм на давлении до 4,0 МПа. Соединение труб - раструбное. Согласно правилам безопасности в пульпопроводе имеется вставка со штуцером через каждые 65 м. Штуцер предназначен для подвода рассола в случае аварийной промывки пульпопровода. Монтажная схема пульпопровода показана на рис. 1.

3\ /4

1/2 ( )

А 1 1 1 7800 *-и 1 1 1 1 1 1 1 и 1 100 4-► h i

Рис.1 Схема типового участка пульпопровода 1 - труба бурт-ниппель; 2 - труба ниппель-раструб; 3 — труба раструб-бурт; 4 - труба бурт-бурт со штуцером;

Объем закладочных работ по руднику БПКРУ-1 в период с 2000-2002 г составляет 4200 тыс.т. в год согласно «Программы работ по сохранению рудной базы и обеспечению безопасности жизнедеятельности г.Березники».

Ежегодно проводится осмотр опытных участков стеклопластиковых трубопроводов. По результатам осмотра составляются акты и протоколы, в которых фиксируются наработка трубопроводов, величина износа футеро-вочного слоя и дефекты трубопроводов, выявленные при испытании и осмотре.

Согласно протокола визуального осмотра и контроля величины абразивного износа стеклопластиковых труб от 18.04.2002 г выявлено: видимых изменений внутренней поверхности футеровочного покрытия стеклопласти-t ковых труб, за время работы которых пропущено 750 тыс .тонн солеотходов, при визуальном осмотре не обнаружено, за исключением одной трубы длиной 2 м. В результате замеров величина износа футеровочного покрытия составила 0.05 - 0.1 мм. Испытания стеклопластиковых труб байпаса № 2 признаны положительными.

Однако, вопросы связанные с проектированием оптимальных, конструктивных параметров, а также прогнозированием долговечности и остаточного ресурса трубопроводов из композиционных материалов изучены недостаточно.

Основная проблема заключается в необходимости на протяжении длительного промежутка времени регистрировать параметры нагружения кон-^ кретной конструкции, проводить комплексное экспериментальное исследование состояния трубопровода, накапливать и систематизировать данные экспериментов и наблюдений и на их основе моделировать прогностическое поведение данной конструкции.

Эти два аспекта: целесообразность применения стеклопластиковых трубопроводов в химической и горной промышленности (как элементов гидротранспортной системы) с одной стороны и недостаточная изученность механики их разрушения для оценки несущей способности и надежности конструкций, с другой - определяют актуальность работы.

Цель работы. Изучение статической и длительной прочности элементов пульпо- и реагентопроводов из композиционных материалов. Создание математической модели для анализа напряженно-деформированного состоя-^ ния стеклопластиковых труб с использованием системы АРМ WinMachine.

Методы исследований.

Механические испытания материалов проведены на испытательном комплексе, который включает разрывную машину 2055 Р-0.5, АЦП и управляюще-регистрирующий компьютер.

Металлографические исследования структур выполнены на комплексе, включающем микроскоп ЕС МЕТАМ РВ-21, цифровую видеокамеру и персональный компьютер.

Анализ напряженно-деформированного состояния стеклопластиковых труб и их сечений методом конечных элементов с помощью модуля АРМ WinStructure3D системы АРМ WinMachine. Численная реализация метода конечных элементов базируется на теории упругости, теории анизотропных оболочек и механики композитов.

Научная новизна:

- впервые установлено влияние температурного фактора и длительного воздействия среды на изменения микроструктуры несущего слоя для трех типов стеклопластиковых труб;

- проведен фрактографический анализ образцов (после механических испытаний на прочность), при котором накопление повреждений соответствует предельному состоянию материала;

- после длительной эксплуатации на пульпо- и реагентопроводе определены остаточные прочностные и жесткостные характеристики стеклопластика;

- разработана конечно-элементная модель для трехмерного анализа стеклопластиковых труб типа "раструб" и ниппель" и проведен анализ напряженно-деформированного состояния стеклопластиковой трубы с использованием модуля АРМ WinStructure3D;

- выполнен прогноз остаточного ресурса стеклопластиковых труб для пульпо- и реагентопроводов.

Достоверность результатов обеспечивается применением стандартизованных методов испытания композиционных материалов на современном оборудовании, характеризующимся достаточно высоким уровнем точности измерений, и подтверждается соответствием численного моделирования процессов деформирования и разрушения композиционных материалов и результатами экспериментов.

Практическая ценность.

Практическую ценность представляют прочностные и жесткостные характеристики стеклопластика после длительной эксплуатации на пульпо- и реагентопроводе, полученные путем испытания образцов по схеме трехточечного изгиба, а также данные по изменению микроструктуры образцов после длительной эксплуатации. Предложенная в диссертации методика позволяет повысить оперативность и обоснованность принятия технических решений при проектировании и изготовлении стеклопластиковых труб, сохранить затраты средств и времени при разработке новых технологий их изготовления.

Работа выполнена по планам научных исследований кафедры "Технологии и механизации производств" Березниковского филиала ПГТУ и кафедры "Механики композиционных материалов и конструкций" ПГТУ.

Программный комплекс АРМ WinMachine апробирован для трехмерного анализа напряженно-деформированного состояния элементов тонкостенных конструкций из композиционных материалов. Модуль АРМ WinStruc-ture3D системы АРМ WinMachine рекомендуется для трехмерного анализа элементов тонкостенных конструкций.

Модуль АРМ WinStructure3D, а также другие модули системы успешно внедрены в учебный процесс при чтении курсов "Прикладная механика", "Сопротивление материалов" и "Детали машин" на кафедре "Технологии и механизации производств" Березниковского филиала Пермского государственного технического университета и на кафедре «Механики композиционных материалов и конструкций» Пермского государственного технического университета [95].

Результаты исследований внедрены на АО "Уралкалий" г.Березники, ЗАО "Пласт" г.Пермь (акты внедрения приведены в приложении к диссертации).

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы были представлены на научно-технических конференциях "Аэрокосмическая техника и высокие технологии" (Пермь, 2001, 2002, 2003), научном семинаре БФ ПГТУ "Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона" (Березники, 2002), Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва, 2002), областной научной конференции "Молодежная наука Прикамья" (Пермь, 2002), TWELFTH INTERNATIONAL CONFERENCE MECHANICS OF COMPOSITE MATERIALS (Рига, 2002).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 научных работ [30,76,91,93-98], в автореферате приведены 9 основных публикаций.

Первая глава посвящена микроструктурному анализу образцов стек-лопластиковых труб при длительной эксплуатации на пульпо- и реагентопро-водах, а также фрактографическому анализу несущих слоев стеклопластико-вых труб.

Рассмотрены технические возможности информационного комплекса по сканированию структур композитных материалов на базе металлографического микроскопа, цифровой видеокамеры и персонального компьютера.

Исследована микроструктура несущего слоя и границы раздела несущего и футеровочного слоев для трех типов стеклопластиковых труб (новой трубы и двух труб, отработавших определенное время на пульпо- и реагенто-проводе АО "Уралкалий").

Для микросканирования были вырезаны из стеклопластиковых труб 0215 мм образцы прямоугольной формы 20x20 мм при толщине стенки 6 мм с резиновым и полиуретановым защитным слоем 3 мм. Боковые грани образцов были ориентированы в осевом и окружном направлении трубы. Образцы были подвергнуты шлифованию и полированию. Было изготовлено 6 образцов (по 2 шт. для каждого типа труб) и 12 микрошлифов, получено 78 растровых изображений микроструктур.

Анализ микроструктур образцов стеклопластиковых труб позволил выявить два характерных вида несовершенств: одиночные и связанные дефекты как в осевом, так и окружном направлении. Поскольку стеклопластиковая труба МПП 60.04.000 №195-97 не использовалась под рабочими нагрузками, то появление одиночных трещиноподобных дефектов в полимерной матрице может быть связано с остаточными напряжениями и является следствием выбора режимов намотки и отверждения изделий.

Результаты микросканирования границы раздела футеровочного и несущего слоев стеклопластиковых труб позволяют сделать выводы о качестве адгезии по границе раздела стеклопластика с клеевым слоем и футеровки с клеевым слоем.

Исследовано влияние технологических факторов и температурного воздействия на структуру несущего слоя стеклопластиковых труб.

Методика проведения фрактографического анализа микроструктуры стеклопластика после разрушения полностью соответствует технике компьютерного микросканирования. Основное отличие связано с образцами для проведения исследований. Весь материал для проведения фрактографического анализа был взят из рабочей части образцов, испытанных на разрушение по схеме трехточечного изгиба при определении жесткостных и прочностных свойств несущего слоя стеклопластиковых труб Ml ill 60.04.000 №195-97 и МПП 60.04.000 №1-94. Для анализа были изготовлены из несущего стекло-пластикового слоя 0215 мм плоские образцы прямоугольной формы размером 20 х 40 мм с номинальной толщиной 3 мм.

Фрактографический анализ позволил исследовать микроструктуру стеклопластикового слоя после разрушения при комнатной и повышенной температурах в условиях растяжения, сжатия и межслойного сдвига в окружном и осевом направлениях. Для этого было изготовлено 32 микрошлифа и получено 145 растровых изображений микроструктур.

Во второй главе изложены методы проведения и результаты механических испытаний образцов стеклопластиковых труб.

Первый раздел второй главы посвящен испытанию образцов стеклопластиковой трубы 0215 №195-97 (труба не использовалась под рабочими нагрузками). Результатами испытаний на одноосное растяжение и сжатие стало определение модуля Юнга (Ех+), (Ех"), коэффициента Пуассона (vx+) и предела прочности на одноосное растяжение и сжатие (ПХ+),(ПХ") стеклопластика несущего слоя трубы 0215 №195-97 в осевом направлении.

Эксперименты проводились на информационно-испытательном комплексе, который включает разрывную машину 2055 Р-0.5, АЦП и управляю-ще-регистрирующий компьютер.

Условия испытания - нормальные, скорость нагружения - 1 мм/мин. Было испытано 8 образцов на одноосное растяжение и 5 образцов на сжатие. Перед испытанием проводились замеры индивидуальных размеров каждого образца, а во время испытания с помощью микрометра замерялось изменение ширины рабочей части для определения поперечной деформации.

Результаты испытаний представляют собой файлы данных, отражающих соответствие "нагрузка на образец — перемещение активного захвата" в каждый момент времени. Результаты испытаний и статистической обработки приведены в разделах 2.1.1. ,2.1.2.

Также были проведены испытания на трехточечный изгиб образцов стеклопластиковой трубы Ml 111 60.04.000 №195-97 как в осевом, так и в окружном направлениях. Статистические испытания композитных образцов на трехточечный изгиб были проведены в соответствии с отработанной методикой [3,4].

В результате испытаний были определены модуль Юнга (Ех"), модуль сдвига Gxy, предел прочности на одноосное растяжение и сжатие (Пх) и предел прочности на сдвиг (Пху) при повышенных температурах армированного стеклопластика несущего слоя трубы МПП 60.04.000 №195-97 в осевом и окружном направлениях.

Условия испытания - базы испытаний 30, 60 и 90 мм, скорость нагру-жения 1мм/мин, температура 20°С, 40°С, 60°С, 80°С, 90°С, двухчасовой прогрев образцов перед испытанием [5]. Несущий стеклопластиковый слой располагался как в зоне растяжения, так и в зоне сжатия при реализации трехточечного изгиба. Всего было испытано 185 образцов. Результаты исследования упругих и прочностных характеристик стеклопластиковой трубы МПП 60.04.000 №195-97 при трехточечном изгибе образцов представлены в разделе 2.1.3.

Второй раздел второй главы посвящен механическим испытаниям, определению остаточных жесткостных и прочностных свойств стеклопластика после длительной эксплуатации на реагентопроводе.

Упругие и прочностные характеристики стеклопластиковой трубы 0215 Ml ill 60.04.000 № 1-94 определены путем экспериментального исследования при трехточечном изгибе образцов-полосок. Статические испытания композитных образцов на трехточечный изгиб были проведены в соответствии с отработанной методикой [7].

Целью испытаний являлось определение модуля Юнга (Ех), модуля сдвига Gxy, предела прочности на одноосное растяжение и сжатие (Пх) и предела прочности на сдвиг (Пху) в нормальных условиях и при повышенной температуре (температуре эксплуатации) армированного стеклопластика несущего слоя трубы №1-94 в осевом и окружном направлениях.

Для проведения испытаний из трубы МПП 60.04.000 №1-94 были вырезаны плоские двухслойные (стеклопластик-полиуретан) образцы размером 120x20 и 80x20. Эксперименты проводились на информационно-испытательном комплексе: разрывная машина 2055 Р-0.5, АЦП и компьютер.

Условия испытания - базы испытаний 30, 60 и 90 мм, скорость нагру-жения 1 мм/мин, температура 20°С и 70°С, двухчасовой прогрев образцов перед испытанием [5]. Несущий стеклопластиковый слой располагался как в зоне растяжения, так и в зоне сжатия при реализации трехточечного изгиба. Всего было испытано 72 образца. Результаты исследования упругих и прочностных характеристик стеклопластиковой трубы МГТП 60.04.000 №1-94 при трехточечном изгибе образцов представлены в разделе 2.2.1.

Кроме этого были проведены испытания на адгезионную прочность по границе раздела стеклопластик - футеровочный слой.

Определение предела адгезионной прочности по границе раздела несущего и защитного слоев стеклопластиковых труб 0215 МПП 60.04.000 №1-94 и МПП 60.04.000 № 195-97 в осевом направлении проводилось по методу межслойного сдвига.

Испытаниям на межслойный сдвиг для определения предела адгезионной прочности были подвергнуты плоские двухслойные образцы прямоугольной формы (200 х 20 мм), вырезанные в осевом направлении из труб 0215 МПП 60.04.000 № 195-97 (стеклопластик-резина) и 0215 МПП 60.04.000 № 1-94 (стеклопластик-полиуретан). В центральной части образцов имелись поперечные надрезы прямоугольной формы в футеровочном и несущем слое на расстоянии 20 мм друг от друга.

Эксперименты проводились на информационно-испытательном комплексе: разрывная машина 2055 Р-0,5 - управляющий компьютер PC/AT. Условия испытания - нормальные, скорость нагружения - 1 мм/мин. Всего было испытано 9 образцов трубы 0215 МПП 60.04.000 № 1-94 и 6 образцов трубы 0215 МПП 60.04.000 № 195-97. Результаты испытаний представляют собой файлы данных, отражающих соответствие нагрузка на образец - перемещение активного захвата в каждый момент времени, позволяющие строить диаграммы деформирования. После соответствующей обработки диаграмм деформирования для каждого образца был определен предел адгезионной прочности. Результаты испытаний и статистической обработки приведены в разделе 2.2.2.

Третий раздел второй главы посвящен механическим испытаниям, определению остаточных жесткостных и прочностных свойств стеклопластика после длительной эксплуатации на пульпопроводе.

Упругие и прочностные характеристики стеклопластиковой трубы 0215 МПП 60.04.000 № 443-94 определены путем экспериментального исследования при трехточечном изгибе образцов-полосок. Статические испытания композитных образцов на трехточечный изгиб были проведены в соответствии с отработанной методикой [7].

Целью испытаний являлось определение модуля Юнга (Ех), модуля сдвига Gxy, предела прочности на одноосное растяжение и сжатие (Пх) и предела прочности на сдвиг (Пху) в нормальных условиях и при повышенной температуре (температуре эксплуатации) армированного стеклопластика несущего слоя трубы МПП 60.04.000 №443-94 в осевом и окружном направлениях.

Для проведения испытаний из трубы МПП 60.04.000 №1-94 были вырезаны плоские двухслойные (стеклопластик-полиуретан) образцы размером 120x20 и 80x20 мм в осевом направлении и сегменты (длиной 1/6 и 1/8 кольца, шириной 20 мм. Эксперименты проводились на информационно-испытательном комплексе: разрывная машина 2055 Р-0.5, АЦП и компьютер.

Условия испытания - базы испытаний 30, 60 и 90 мм, скорость нагру-жения 1 мм/мин, температура 20°С и 70°С, двухчасовой прогрев образцов перед испытанием [5]. Несущий стеклопластиковый слой располагался как в зоне растяжения, так и в зоне сжатия при реализации трехточечного изгиба. Всего было испытано 96 образцов. Результаты исследования упругих и прочностных характеристик стеклопластиковой трубы МПП 60.04.000 №443-94 при трехточечном изгибе образцов представлены в разделе 2.3.1.

Результаты испытаний на адгезионную прочность по границе раздела несущего и защитного слоев стеклопластиковой трубы МПП 60.04.000 №44394 приводятся в разделе 2.3.2.

Испытаниям на межслойный сдвиг были подвергнуты плоские двухслойные образцы прямоугольной формы (200 х 20 мм), вы резанные в осевом направлении из трубы МПП 60.04.000 №443-94 (стеклопластик - полиуретан) с надрезами.

Эксперименты проводились на информационно-испытательном комплексе: разрывная машина 2055 Р-0,5 - управляющий компьютер PC/AT. Условия испытания - нормальные, скорость нагружения - 1 мм/мин. Всего бы-• ло испытано 10 образцов трубы 0215 МПП 60.04.000 № 443-94. Результаты испытаний представляют собой файлы данных, отражающих соотвествие нагрузка на образец - перемещение активного захвата в каждый момент времени, позволяющие строить диаграммы деформирования. После соответствующей обработки диаграмм деформирования для каждого образца был определен предел адгезионной прочности.

Третья глава посвящена анализу напряженно-деформированного состояния стеклопластиковых труб для пульпо- и реагентопроводов.

В первом разделе третей главы рассматриваются нагрузки, действующие на трубы в пульпопроводах. 4 Механические нагрузки, действующие на трубы в пульпопроводах, можно разделить на эксплуатационные и монтажные. Монтажные нагрузки возникают в законцовках труб от давления со стороны прижимных элементов соединений трубопроводов между собой и подсоединения к трубопроводам арматуры. Эксплуатационные нагрузки могут быть статические и динамические. Статическому режиму нагружения пульпопровода соответствует гидравлический транспорт закладочного материала за счет естественного или искусственного напора. При постоянной величине напора труба находится в условиях равномерного внутреннего давления. Динамическому режиму нагружения пульпопровода соответствуют периоды начальной подачи пульпы или рассола, а также ступенчатого изменения величины напора и резкого прекращения подачи гидроматериала. Проявлением динамического нагруже-j цг ния является гидроудар, приводящий к возникновению волны повышенного давления, распространяющейся по гидропроводу с высокой скоростью.

К факторам нагружения, носящим как длительный, так и кратковременный характер, относятся температурные деформации. Кратковременные температурные нагрузки возникают вследствие кратковременных изменений температуры среды, окружающей трубопровод, и температуры подаваемого гидроматериала.

Геометрическая часть задачи изложена во втором разделе третьей главы и включает описание базовой геометрии объекта, выбор подходящей системы координат, формулировка основных гипотез, связанных с характером распределения деформаций в конструкции, построение геометрических соотношений.

Конструкция трубы представляет собой круговое цилиндрическое тело вращения с осевой симметрией конечной длины. Стенку трубы образуют несущий и футеровочный слой.

Третий раздел третьей главы посвящен гипотезам при построении теории многослойных оболочек, суть которых состоит в следующем.

1. В процессе деформации прямолинейные и нормальные к исходной поверхности оболочки волокна поворачиваются как жесткое целое на некоторый угол, не изменяя при этом своей длины и не оставаясь перпендикулярными к деформированной поверхности.

2. Нормальные напряжения, действующие на площадках, параллельных площадкам исходной поверхности, пренебрежительно малы по сравнению с другими компонентами тензора напряжений.

Первая гипотеза носит геометрический характер, вторая - статический.

В этом же разделе приводится описание осесимметричной деформации оболочки с привлечением кинематической гипотезы Тимошенко.

В четвертом разделе третьей главы приводятся физические соотношения теории анизотропных оболочек.

Физическими уравнениями являются уравнения связи между компонентами тензоров деформаций £j/r) и напряжений Gj/r). Обобщенный закон Гука для однородных анизотропных сред записывается в двух эвивалентных формах (Г) г (г) ^ijap Бсф (г) д „ (г) где Суар - тензор упругих свойств анизотропной среды, Aijttp - тензор податливости, которые связаны между собой следующими соотношениями:

CjjaP Aapmn lijnm, где Iijmn = (5im8jn + (5in5jm) - единичный тензор четвертого ранга.

Применяя уравнения той или иной теории к описанию слоистых композиционных материалов, исходят из двоякого представления слоистого композита:

• элементарный слой однонаправленного волокнистого композита, составляющий основу слоистого композита, рассматривается как сплошное трансверсиально-изотропное тело, причем все слои, образующие пакет слоистого композита, деформируются совместно, без проскальзывания;

• пакет монослоев рассматривается как однородный анизотропный материал, физико-механические характеристики которого определяются в системе координат, связанной с образующими оболочки.

Система уравнений нелинейной теории анизотропных оболочек в рамках феноменологического подхода не учитывает ряд особенностей деформирования композитных оболочек как армированных сред.

Существуют различные методики расчета эффективных упругих коэффициентов неоднородных по толщине и в плане пакетов слоев. Наиболее распространены методы на основе теории энергетического осреднения.

Уравнения равновесия и граничные условия для оболочки вращения в цилиндрической системе координат изложены в пятом разделе третьей главы.

Шестой раздел третьей главы посвящен методике расчета напряженно-деформированного состояния композитных труб.

Исследование напряженно-деформированного состояния композитной трубы осуществляется в рамках теории ортотропных цилиндрических оболочек типа Тимошенко [82]. Используемая при этом система кинематических и статических гипотез основывается на: однородности материала по толщине, малости деформаций в сравнении с единицей (в;«1), малости перемещений по отношению к толщине, линейно-упругом поведении материала.

Деформация срединной поверхности выражается через компоненты вектора перемещений срединной поверхности в цилиндрической системе координат. По найденным перемещениям срединной поверхности определяются деформации и напряжения в любых точках конструкции.

Результаты исследования напряженно-деформированного состояния композитных труб приводятся в седьмом разделе третьей главы. Рассматривается конструкция трубы, имеющая соединительные части в форме «ниппель» и «раструб».

Анализ напряжений и деформаций приводится в трехмерной постановке. Основой анализа является сеточная модель и, в частности, метод конечных элементов. В основе численной реализации метода конечных элементов лежит решение соответствующей краевой задачи линейной теории упругости для кусочно-однородной среды. Идея основного варианта метода конечных элементов заключается в переходе от дифференциальных уравнений в непрерывных искомых функциях к системе алгебраических уравнений относительно дискретных значений функций или коэффициентов их аппроксимации на локальных областях.

Для конструкции трубы типа «ниппель» и «раструб» приводятся эпюры прогибов трубы под действием внутреннего давления, а также поля осевых и окружных напряжений.

Все сеточные методы являются приближенными. Для оценки адекватности рассчитываемых полей точному решению в восьмом разделе третьей главы приводится расчет однородной изотропной цилиндрической оболочки под внутренним давлением (тестовая задача). Методы и инструментальные средства, используемые на этапы тестирования: аналитическое решение задачи о безмоментной деформации круговой цилиндрической тонкостенной оболочки под внутренним давлением [82], решение краевой задачи в рамках теории ортотропных оболочек типа Тимошенко, конечно-элементные модели программного комплекса АРМ WinMachine.

Приводятся сравнительные результаты по изменению радиальных перемещений трубы, по распределению осевых и окружных напряжений для тестовой задачи. Сравнение всех трех вариантов решения тестовой задачи показывает хорошее совпадение результатов расчета.

Девятый раздел третьей главы содержит расчет однородной анизотропной цилиндрической оболочки под внутренним давлением.

Последний раздел третьей главы посвящен расчету несущей способности и оценки остаточного ресурса стеклопластиковых труб для пульпо- и реа-гентопроводов. Расчетные коэффициенты запаса несущей способности приводятся для трех типов труб в зависимости от температуры.

В заключении перечислены основные результаты и сформулированы выводы по работе.

В приложении приводятся микроструктуры несущего слоя стеклопластиковой трубы (не вошедшие в первую главу), протоколы испытаний, акты внедрения результатов научно-исследовательских работ.

1. Компьютерное микросканирование и структурный микроанализ стеклопластиков при длительной эксплуатации на пульпо- и реагентопроводах

Анализ структуры конструкционных материалов является широко распространенным методом исследования и контроля качества изделий из композитов. Современное состояние данного метода в материаловедении и механике материалов характеризуется переходом от сравнительного анализа структур к количественной металлографии и оценке свойств материалов на базе реальной микроструктуры с привлечением методов механики композитов.

Исследования проводились на Комплексе, включающим металлографический оптический микроскоп ЕС МЕТАМ РВ-21, цифровую видеокамеру и персональный компьютер. Видеокамера подключена к оптическому микроскопу через фотовыход. Основные технические характеристики оборудования:

1. Микроскоп ЕС МЕТАМ РВ-21 с микрофотонасадкой МФН-11

- общее увеличение микроскопа от 50 до 1000 раз;

- увеличение микрофотонасадки 1.1, 1.6, 2.5;

- размеры кадра фотокамеры 24 х 36 мм.

2. Цифровая видеокамера

- размер окна сканирования 572 х 759 пикселей; размер кадра сканирования 24 х 36 мм;

- время сканирования менее 1 с; число цветов/оттенков серого 16.7 млн/ 256 шт.

3. Персональный компьютер Pentium.

Результаты микросканирования выводятся и хранятся в виде растровых изображений структуры с различным увеличением как графические файлы стандарта PC Paintbrush (*.рсх). Результаты были получены с использованием видеокамеры в черно/белом режиме (256 оттенков серого цвета).

Для микросканирования были вырезаны из стеклопластиковых труб 0215 мм образцы прямоугольной формы 20x20 мм при толщине стенки 6 мм с резиновым и полиуретановым защитным слоем 3 мм. Боковые грани образцов были ориентированы в осевом и окружном направлении трубы.

Исследовалась микроструктура несущего и границы раздела несущего и футеровочного слоев для трех типов стеклопластиковых труб, данные об условиях эксплуатации труб приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Наименование МПП 60.04.000 МПП 60.04.000 МПП 60.04.000

Номер 195-97 443-94 1-94

Диаметр, мм 215 215 215

Футеровка резина полиуретан полиуретан

Изготовление 1997 1994 1994

Монтаж - 03.95 10.94

Демонтаж - 08.99 08.99

Давление, МПа - 0,6 0,6

Темпаратура,°С - 20 70

Среда пульпа слабокислая

Для проведения компьютерного микросканирования структуры композитного материала и границы раздела фаз боковые поверхности образцов были подвергнуты шлифованию и полированию. Всего было изготовлено 6 образцов (по 2 шт. для каждого типа труб) и 12 микрошлифов, получено 78 растровых изображений микроструктур с общим объемом файлов более 32 МБ в стандарте PC Paintbrush (*.рсх).

Результаты работы кафедры «Механики композиционных материалов и конструкций»

Пермского государственного технического университета, а именно

ЭВМ-программа расчета напряженно-деформированного состояния наименование разработки) стеклопластиковых труб выполненной по х/д 96/99 «Исследование длительной прочности и надежности элементов пульпо- и реагентопроводов из композиционных материалов» наименование, № х/д) с 01.03.99 г. по 01.03.2000 г., объем 3aTpaTj420 ОАО «Уралкалий» г.Березники тыс.руб. внедрены с июля наименование предприятия-заказчика) месяца 2002 г. на

ОАО «Уралкалий» г.Березники предприятие, где внедрены разработки) в прогнозировании работоспособности стеклопластиковых труб (указать наименование объекта, в составе которых разработка нашла практическое применение) в соответствии с планом предприятия по какому плану проводилось внедрение) Назначение внедренной разработки прогнозировании работоспособности раскрыть конкретные рабочие стеклопластиковых труб функции внедренной разработки) Технический уровень разработки авторских свидетельств) Вид внедрения ЭВМ-программа, позволяющая исследовать напряженнодеформированное состояние стеклопластиковых труб выполнение производственных работ и т.п.)

Акт внедрения предприятием не представляется в виду отсутствия отчетности по данной форме указать причину)

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ

1. Организационно-технические преимущества уменьшение срока проектирования стеклопластиковых труб параметры, характеризующие степень качественного улучшения функциональных или эксплуатационных показателей по сравнению с базовым вариантом)

2. Социальный эффект развитие науки и научных исследований защита здоровья человека, охрана окружающей среды, повышение престижа страны, совершенствование структур управления, развитие науки и научных исследований) 3. Экономический эффект от внедрения разработок достигнут за счет снижения затрат на стендовые испытания оболочечных конструкций количественная характеристика экономии материальных, энергетических и трудовых ресурсов, повышение качества продукции)

От испол Руково, я:

НИР:

Ю.В.Соколкин

Исполнители: С.Э.Шаклеина

От заказчика: Техническая^шгкба/^ г^ иЖГорбацкий

1. Адаме Д.Ф. Упругопластичное поведение композитов Композиционные материалы. Т.

2. Механика композиционных материалов. М Мир, 1978. С 196-241.

3. Алехин В.В., Аннин Б.Д., Колпаков А.Г. Синтез слоистых материалов и конструкций. Новосибирск: ИГ СО АН СССР, 1988. 130 с.

4. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984, 246 с.

5. Альперин В.И., Корольков Н.В. Конструкционные стеклопластики. М.: Химия, 1979,360 с.

6. Аннин Б.Д., Каламкаров А.Л., Колпаков А.Г., Партон В.З. Расчет и проектирование композиционных материалов и элементов конструкций. Новосибирск: Наука, 1993. 256 с.

7. Аннин Б.Д., Колпаков А.Г Проектирование слоистых композитов с заданными деформационно-прочностными характеристиками Мех. композ. материалов. 1987. -№1 56-64.

8. Аношкин А.Н., Соколкин и Ю.В,, Ташкинов А.А. Неупругое волокнистых деформирование разрушение разупорядоченных композитов Мех.композит.материалов. -1993, -Т.29, №5. 621-628.

9. Антохонов Б.В., Стручков А.С, Булманис В.П., Гусев Ю.И. Влияние конструктивно-технологических прочность

10. Астафьев перекрестно В.И., факторов на деформативность композитов напряжений и и армированных Т.В. намоточных Механика композит, материалов. 1988. №4. 623-

11. Григорьева Распределение поврежденности у вершины растуш,ей в процессе ползучести треш,ины Изв.РАН: МТТ.- 1995. -№3 -С.160-166.

12. Бахвалов Н.С. Осреднение дифференциальных уравнений с частными производными с быстро осциллирующими коэффициентами Докл. АН СССР. -1975. -Т.221, №3. -С.516-519.

13. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.Машиностроение, 1990. -448 с.

14. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 375 с.

15. Борзаковский Б.А., Папулов Л.М. Закладочные работы на верхнекамских калийных рудниках. М.: Недра, 1994. 234 с.

16. Борзаковский Б.А. Развитие и совершенствование гидрозакладочных работ на рудниках верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Сборник научных статей, ОАО «Галургия», 2002. 145-156.

17. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов. Киев: Наукова думка, 1985. 304 с.

18. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.

19. Васильев В.В. Некоторые проблемы теории оболочек, связанные с особенностями современных конструкционных материалов. Изв.АН СССР. Механика тв. тела. 1985. №5. -С.178-187.

20. Васильев В.В., Елпатьевский А.Н. Об особенностях деформирования цилиндрических стеклоленты, при оболочек, действии намотанных внутреннего из однонаправленной Механика давления, полимеров. 1967. №5. 915-920.

21. Васильев В.В., Разин А.Ф. Геометрически нелинейная прикладная теория композитных оболочек. Расчеты на прочность. 1989. вьш.ЗО. -С.97112.

22. Викарио А., Толанд Р. Критерии прочности и анализ разрушения конструкций из композиционных материалов Композиционные материалы. Т.

23. Анализ и проектирование конструкций. Ч. 1. М.: Мир, 1978.-С.62-107.

24. Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. М.: Наука. Физматлит, 1997. 288 с.

25. Волков Д., Ставров В.П. Статистическая механика композитных материалов. Минск: Изд-во БГУ, 1978. 208 с. 23. By Э. Прочность и разрушение композитов Композиционные материалы: Т.

26. Разрушение и усталость. Пер. с англ. М.: Мир, 1978. 206-266. 24. By Э. Феноменологические критерии разрушения анизотропных сред// Композиционные материалы. Т,

27. Механика композиционных материалов: Пер. с англ. М.: Мир, 1978 с.401-491.

28. Гольденблат И.И. К теории малых упругопластичных деформаций анизотропных сред Докл. АН СССР. -1955. -Т. 101, №4 619-622.

29. Гольденблат И.И., Бажанов В.Л., Копнов В.А. Длительная прочность в машиностроении. М "Машиностроение", 1977. 248с.

30. Дмитриенко Ю.И. Механика композиционных материалов при высоких температурах. М.: Машиностроение, 1997. 368 с.

31. Друккер Д. Пластичность, течение и разрушение Неупругие свойства композиционных материалов. М., 1979. 9-32,

32. Ермоленко А.Ф. Модель разрушения однонаправленного волокнита с хрупкой матрицей Мех. композит, материалов. 1985. №2. 247256.

33. Жуланова В.Н., Шаклеина Э. Исследование прочности и надежности стеклопластиковых труб из композиционных материалов Сборник науч.трудов. Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона, В.2. 210-213.

34. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и апроксимации. М.: Мир, 1986.-318 с.

35. Ичьюшин А.А. Об одной теории длительной прочности Инж.ж.мех.тв.тела 1967. №3 21-35

36. Исследование несущей способности слоистых цилиндрических оболочек при помощи моделирования процесса разрушения на ЭВМ В.Д.Протасов, А.Ф.Ермоленко, А.А.Филипенко, И.П.Димитриенко Мех.композит. материалов. 1980. -№2. 254-261.

37. Калиничев В.А., Макаров М.С. Намотанные стеклопластики. -М.: Химия, 1986.-272 с.

38. Каралюнас Р.И.К определению эффектиных определяющих соотношений физически нелинейных композитов Вест. Моск. ун-та: Мат.мех. 1984. №2. 77-80.

39. Косарчук В.В., Ковальчук Б.И., Лебедев А.А. Теории пластического течения анизотропных сред. Сообщ.1 Определяющие соотношения Проблемы прочности. 1986. №4. 50-57.

40. Композиционные материалы: в 8 т. Перевод с англ. под ред. Л.Браутмана. Т.З Применение композиционных материалов в технике. М.: Машиностроение, 1978.

41. Композиционные материалы. Справочник/ Под ред. Д.М.Карпиноса. К.: Наукова думка, 1985. 592 с.

42. Композиционные материалы волокнистого строения/ Под ред. Д.М.Карпиноса и Францевича. 1970.

43. Композиционные материалы: Справочник/ В.В.Васильев, В.В.Болотин, Тарнопольский Ю.М., 1990. 512 с.

44. Котов А.Г., Постных A.M. Расчет прочности и надежности композитных цилиндрических оболочек с учетом геометрической, физической и структурной нелинейности// Деформирование и разрушение структурнонеоднородных материалов. Свердловск: УрО АН СССР, 1992. 84-87

45. Котов А.Г. Исследование устойчивости цилиндрической оболочки из 1 волокнистого композита с учетом нелинейного деформирования Надежность и прочность машиностроительных конструкций. Куйбышев, 1988. 81-85.

46. Котов А.Г., Моргасов Э.В., Чекалкин А.А. Модели механики неоднородных конструкций в задачах проектирования бандажных элементов из волокнистых пластиков// Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона: сборник трудов. Березники, 1998.-С.76-83

47. Кравчук А.С. О теории пластичности анизотропных материалов Расчеты на прочность. Вып.27. М., 1986. 21-29.

48. Кравчук А.С., Майборода В.П., Уржумцев Ю.С. Механика полимерных и композиционных материалов. М.: Наука, 1985. 304 с.

49. Кристенсен Р. Введение

50. Кулик В.И. Композиционные материалы: классификация, армирующие волокна. СПб, 2000. 160 с.

51. Кунин И.А. Теория упругих сред с микроструктурой. М.: Наука, 1975. 415 с.

52. Ломакин В.А. Статистические задачи механики твердых деформируемых тел. М.: Наука, 1970. -139 с.

53. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетере Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига: Зинатне, 1980. -572 с.

54. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. Т.З: Методы исследования неметаллических материалов./ Под ред. Б.И.Паншина, Б.В.Перова, М.Я.Шарова. М,: Машиностроение, 1973.-284 с.

55. Механика композитных материалов и элементов конструкций. В 3-х т. Т.1 Механика материалов А.Н.Гузь, Л.П.Хорошун, Г.А.Ванин и др..Киев: Наукова думка, 1982. 368 с.

56. Мураками Сущность механики поврежденной сплошной среды и ее приложения к теории анизотропных повреждений при ползучести Тр. Амер. об-ва инженеров-механиков. Теор. основы инж. расчетов Пер. с англ. 1983. Т.105, №2. 28-36. 1 i

57. Немировский Б.В., Резников Б.С. Прочность элементов конструкций из композитных материалов. -Новосибирск: Наука, 1986. 165 с.

58. Новожилов В.В. О перспективах феноменологического подхода к проблеме разрушения// Механика деформируемых тел и конструкций. М.: Машиностроение, -1975. 349-359.

59. Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.В. Оптимальное армирование оболочек враш;ения из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1977. 144 с. 57,Овчинский А.С. Процессы разрушения композиционных материалов. Имитация микро- и макромеханизмов на ЭВМ. М.: Наука. 1988. 277 с.

60. Пикуль В.В. Теория и расчет слоистых конструкций. М.: Наука, 1985. 182 с.

61. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон. М.: Химия, 1985. 324 с. бО.Победря Б.Е. Деформационная теория пластичности анизотропных сред ПММ. 1984. -Т.48, вьш.1. -С.29-37.

62. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М.: МГТУ, 1984. -336 с.

63. Победря Б.Е. Теория течения анизотропной среды Прочность, пластичность и вязкоупругость материалов и конструкций. Свердловск, 1986.-С.101-108. бЗ.Победря Б.Е., Каралюнас Р.И. Упругопластическое поведение слоистых композитов Научно-технический прогресс в машиностроении: Композиционные материалы Ин-т машиноведения им. А.А.Благонравова АН СССР. М., 1987. 98-117

64. Потапов А.И., Савицкий Г.М. Прочность и деформативность стеклопластиков. Л 1973. 144 с.

65. Портной К.И., Салибеков Е., Светлов И.Л., Чубаров В.М. Структура и свойства композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1979. 255 с.

66. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник. Ю.М.Тарнопольский. М., 1987

67. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988.-712 с.

68. Разрушение конструкций из композитных материалов И.В.Грушецкий, И.П.Дмитриенко, А.Ф.Ермоленко и др. Рига: Зинатне, 1986. 264 с.

69. Ромалис Н.Б., Тамуж В.П. Разрушение структурно неоднородных тел. Рига: Зинатне, 1989. 244 с.

70. Сарбаев B.C. О неупругом поведении слоистых стеклопластиков Изв. вузов: Машиностроение. 1984. Х24. 6-10.

71. Скудра A.M., Булаве Ф.Я. Структурная теория армированных пластиков. Рига: Зинатне, 1978. 328 с.

72. Скудра A.M., Булаве Ф.Я. Прочность армированных пластиков. М Химия, 1982.-216 с.

73. Соколкин Ю.В., Скачков В.А. О структурном подходе к оценке работоспособности конструкций из композиционных материалов Мех. композит, материалов. 1981. №4 608-614.

74. Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно-неоднородных тел. М.: Наука, 1984. 115 с.

75. Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А., Бабушкин А.В. Исследование структуры, усталостные испытания и прогнозирование долговечности композитных сталей Механика композитных материалов. 1998. Т.34,№3.-С.371-382.

76. Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А., Шаклеина Э. Изменение микроструктры и механических свойств стеклопластиковых труб после длительной эксплуатации на промышленных пульпо- и реагентопроводах

77. Связующие для стеклопластика/ Под ред. Королькова М.:Химия, 1975. 195 с.

78. Справочник по композиционным материалам. Кн.2/ Под ред. Дж.Любина. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1988. 584 с.

79. Стеклянные волокна/ Под ред Аслановой. М.: Химия, 1979. 256 с.

80. Тамуж В.П., Лагздиньш А.Ж. Вариант построения феноменологической теории разрушения Мех. полимеров. 1968. №4 638-647.

81. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. М.: Химия, 1981. 272 с.

82. Тимошенко СП., Войнов-Кригер Пластины и оболочки. М.: ,1963

83. Удрис А.О., Упитис З.Т. Исследование ранних стадий разрушения стеклопластика методом механолюминисценсии Методы и средства диагностики несущей способности изделий из композитов. Рига, 1986. 217-221.

84. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. 4.

85. Механические испытания. Конструкционная прочность. -М.: Мир, 1982. 232 с.

86. Фудзии Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов М Мир, 1982-232 с.

87. Хульт Я. Поврежеднность и распространение трещин Механика деформируемых твердых тел. Направления развития. М.: Мир, 1983. 346 с. 87. Цай С Хан X. Анализ разрушения композитов Неупругие свойства композиционных материалов. М.: Мир, 1978. 104-139.

88. Цьшлаков О.Г. Научные основы технологии композиционноволокнистых материалов. В 2-х кн. Пермь: кн. из-во, 1975.

89. Чанышев А.И. О пластичности анизотропных сред Ж.прикл.механики и техн. физики. 1984. №2. -С. 149-151.

90. Чамис К. Микромеханические теории прочности: Пер. с англ.// Композиционные материалы: Т.

91. Разрушение и усталость. М.: Мир, 1978.-С.106-165

92. Чекалкин А.А., Бабушкин А.В., Котов А.Г., Шаклеина Э. Long-term durability of glass/epoxi composites on reactant and hydroabrasive conduct pipelines,// "Mechanics of Composite Materials", Рига, Латвия, 2002. C.49.

93. Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов М.: Наука, 1983 2 9 6 с.

94. Шаклеина Э. Компьютерное микросканирование и структурный анализ стеклопластиков при длительной эксплуатации на пульпо- и реагентопроводах Аэрокосмическая техника и высокие технологии, Пермь, 2001.-С.296

95. Шаклеина Э. Расчет несуш,ей способности и оценка остаточного ресурса стеклопластиковых труб для пульпо- и реагентопроводов Аэрокосмическая техника и высокие технологии, Пермь, 2003. 176.

96. Шаклеина Э. Фрактографический анализ стеклопластиковых труб при длительной эксплуатации на пульпопроводах Новые материалы и технологии НМТ, Москва, 2002. 109-110.

97. Шаклеина Э. Внедрение модулей APMWinMachine в учебный процесс Новые материалы и технологии НМТ, Москва, 2002. 119-120.

98. Шаклеина Э. Исследование напряженно-деформированного состояния стеклопластиковой трубы Молодежная наука Прикамья, Пермь, 2002. 31.

99. Шаклеина Э. Использование модуля АРМ WinStructure3D для проектирования стеклопластиковых труб Вестник ПГТУ: №13 Аэрокосмическая техника, Пермь, 2002. 108-113. 0f

100. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: Изд-во АПМ, 2000. -472 с.