Другие критерии выбора материалов

Другие требования, предъявляемые при выборе материалов, имеют отношение к их переработке в изделия. Так как большинство изделий из пластмасс являются элементами различных конструкций, т.е. деталями, то обязательно следует учитывать последующую сборку этих деталей. Также важно изучить возможность объединения в одной детали нескольких функций, что позволит сэкономить на дорогостоящих сборочных операциях. Себестоимость изготовления детали включает не только цену сырья. Следует учитывать, что материалы, обладающие большей жесткостью, позволяют уменьшать толщину стенок изделия, а это даёт возможность сократить время цикла изготовления изделия. Поэтому необходимо составить перечень всех критериев, учитываемых при выборе материала, и провести их последовательную детальную оценку.

Алгоритм выбора полимерного материала для проектируемого изделия должен включать изучение прототипов этого изделия, методов его испытания, технических требований к изделию и материалу, составление перечня необходимых свойств, проведение технико-экономического анализа, позволяющего правильно выбрать полимерный материал.

Правильный выбор полимерного материала еще не обеспечит изготовления высококачественного пластмассового изделия. Необходимо правильно спроектировать форму изделия и правильно назначить его размеры и возможные отклонения от размеров.

Важнейшим требованием, предъявляемым к изделиям из пластмасс абсолютно любого назначения, является обеспечение их прочности. Поэтому расчеты на прочность являются основным типом расчетов, проводимых при проектировании пластмассовых изделий. Очень часто эти расчеты являются поверочными, т.е. такими, которые проводятся после проектирования изделия и служат для проверки обеспечения данного требования.

Из-за сложной структуры полимерных материалов оценка прочности пластмассового изделия может быть выполнена с помощью статистических методов.

Статистические методы основаны на наработке большого количества исходных данных, полученных при испытаниях либо образцов в лабораторных условиях, либо самих изделий.

 

4. Общие принципы расчета и проектирования изделий из пластмасс

 

Несущая способность изделий ограничивается:

1) предельно допускаемыми нагрузками или напряжениями или

2) предельно допускаемыми деформациями.

В связи с этим прочностной расчет пластмассовых изделий включает в себя:

1) оценку напряжений или нагрузок и сопоставление их с разрушающими или

2) оценку предельно допустимых деформаций, обусловленными действующими во времени нагрузками.

Условие прочности имеет вид:

 

σ_{max экв} ≤ [σ],

 

где σ_{max экв} – максимально возможное напряжение в этом изделии при заданных условиях нагружения;

[σ] – допустимое напряжение для материала изделия при тех же условиях.

Более наглядным и правильным является, однако, применение условия прочности по запасу прочности, так как и σ_{max экв} и [σ] зависят от типа пластика, его качества, технологии изготовления и т.п., а допускаемый запас прочности определяется постоянным значением, принятым для данного изделия. В этом случае условие прочности имеет вид:

 

n = σ_раз / σ_{max экв} ≥ [n],

 

где σ_раз – разрушающее напряжение;

[n] – допустимое значение запаса прочности.

Допускаемые значения напряжения и запаса прочности связаны:

 

[σ] = σ_раз / [n]

 

Запас прочности можно выражать не только через напряжения, но и через нагрузки:

 

n = R / Q,

 

где R – разрушающая нагрузка;

Q – действующая нагрузка.

Расчет изделий из пластмасс на прочность носит поверочный характер. Он проводится в следующей последовательности:

1)Определяют действующую нагрузку, задаются долговечностью изделия, выявляют режим работы изделия (температура, среда, степень ответственности), назначают необходимую надежность, класс точности и т.д.

2)Составляют упрощенную расчетную схему изделия и схематизированное распределение сил. При этом в схему включают наиболее опасные участки изделия, в которых напряжения достигают наибольшей величины.

3)Определяют напряжения в опасных сечениях изделия и находят три главных напряжения.

4)По найденным главным напряжениям рассчитывают наибольшее эквивалентное напряжение.

5)Для выбранного полимерного материала изделия и принятых условий эксплуатации определяют допускаемое напряжение или запас прочности.

6)Производят оценку прочности путем сравнения σ_{max экв} или запаса прочности с предельно допускаемыми значениями.

Запас прочности для полимерных материалов должен быть большим, чем для традиционных материалов. Причиной этого являются специфические свойства полимерных материалов, к которым относятся:

1)Неоднородность, дефектность структуры, наличие поверхностных микротрещин.

2)Влияние на прочность геометрической формы изделия и масштабный фактор.

3)Изменение свойств полимерных материалов под действием влаги, температуры, агрессивных газов и жидкостей, излучений (частоты солнечного спектра, γ-лучи и т.д.).

4)Изменение прочностных и деформационных характеристик полимерных материалов в зависимости от скорости нагружения.

5)Наличие в материале остаточных напряжений (термических, диффузионных, ориентационных).

При эксплуатации полимерное изделие не должно достигать предельного состояния. Предельное состояние по нагрузкам означает неспособность пластмассового изделия выдерживать приложенную нагрузку. При расчете такого состояния следует учитывать:

1)Прочность пластмассового изделия изменяется при длительном статическом нагружении. Поэтому необходимо определять предел длительной прочности, учитывая температурные изменения и влияние среды. При этом надежность изделия определяется по заданной длительности эксплуатационного периода.

2)В пластмассовом изделии под нагрузкой возникают значительные необратимые деформации, связанные с ползучестью. В связи с этим за допускаемое напряжение принимают такое напряжение, при котором при заданном сроке эксплуатации конечная деформация (удлинение) не будет превышать требуемую.

3)Под действием остаточных напряжений в процессе релаксации может происходить хрупкое разрушение пластмассового изделия.

Пластмассовые изделия могут иметь самые разнообразные форму и размеры. Так как теоретические описания полной конструкции в подавляющем большинстве отсутствуют, оценка прочности пластмассового изделия может быть произведена лишь по отдельным элементам,.

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: