SWorld – 1-12 October 2013

SWorld – 1-12 October
2013
http://www.sworld.com.ua/index.php/ru/conference/the-content-of-conferences/archives-of-individual-conferences/oct-2013
SCIENTIFIC RESEARCH AND THEIR PRACTICAL APPLICATION. MODERN STATE AND WAYS OF DEVELOPMENT ‘2013
Доклад / Технические науки – Инновационные технологии
УДК 691.87
Юрьев А.Г., Панченко Л.А., Серых И.Р.
КОНСТРУКТИВНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛА
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова,
Россия, Белгород, Костюкова 46, 308012
UDC 691.87
Yuriev A.G., Panchenko L.A., Serykh I.R.
CONSTRUCTIVE MATERIAL ORGANIZATION
Belgorod State Technological University named after V.G.Shoukhov,
Russia, Belgorod, Kostyukov str., 46, 308012
В данной работе рассматривается роль волокнистых композитов в
слиянии функционального назначения материала и конструкции. Концентрация
материала
в
наиболее
напряженных
областях
согласуется
с
совершенствованием формы конструкции.
Ключевые слова: волокнистые композиты, коэффициент эффективности
дисперсного армирования.
In this paper we describe the part of fibrous aggregates in functional purpose
confluence of material and construction. Material concentration in very strained
fields makes agree with the perfection of construction form.
Key words: fibrous aggregates, efficiency coefficient of dispersible reinforcing.
Большую роль при создании несущих конструкций играет выбор
материала. Оптимальное проектирование в полной мере возможно тогда, когда
в распоряжении инженеров имеются необходимые им материалы, способные
обеспечить одновременно соблюдение условий прочности и жесткости
элементов конструкции.
Известно, что максимально облегченная структура должна представлять
собой решетчатую конструкцию из стержней, расположенных по траекториям
действия
напряжений.
Рациональные
конструктивные
формы
должны
сочетаться с композиционными материалами, обладающими универсальными
свойствами.
С
середины
XX
века
наблюдался
быстрый
рост
производства
искусственных композитов на основе высокопрочных волокон и различных
полимерных матриц. Стимулом к развитию такого рода композиционных
материалов явилось производство углеродных волокон в Великобритании и
борных волокон в США. Эти волокна имеют высокий модуль упругости, что
существенно увеличивает их жесткостные качества по сравнению со
стеклопластиками и расширяет область их применения. Такого рода композиты
отличаются от традиционных материалов высокими величинами удельной
прочности и жесткости.
Волокна характеризуются длиной и диаметром сечения, отношение
которых сильно варьируется. При формировании композитов используются
непрерывные и короткие волокна со сравнительно небольшим отношением
длины к диаметру. Короткие волокна могут быть случайно ориентированными
или
иметь
преимущественное
направление
ориентации.
При
укладке
непрерывных волокон в одном направлении получают однонаправленный
композит.
Если
волокна
образуют
ткань,
композиты
называются
двуосноармированными.
Использование
однонаправленных
композитов
рационально
при
одноосном, а двуосноармированных – при плоском напряженном состоянии. В
изгибаемых
элементах
конструкций
с
неравномерным
распределением
напряжений их преимущества проявляются в меньшей мере.
Обратимся к цементоволокнистой балке. Особое отношение к изгибу
вызывается большим различием, установленным экспериментально, между
пределом прочности на растяжение при изгибе и непосредственным пределом
прочности на растяжение. Первый может быть в три раза больше второго.
После
трещинообразования
на
растянутой
стороне
балки
кривая
«напряжение-деформация» цементоволокнистого композита сильно отличается
от исходной кривой. Механизм изгибного упрочнения большей частью
обусловлен квазипластическим поведением композита на растяжение в
результате вытягивания фибр или их упругого удлинения после образования
трещин в матрице.
Обусловленные
образованием
трещин,
деформации
растяжения
возрастают, и расстояние от нейтральной оси до растянутой поверхности
увеличивается. При дальнейшем росте нагрузки на балку деформации
растяжения возрастают в большей мере, чем деформации сжатия.
Для сохранения несущей способности балки необходимо превышение
критического объема волокон V f (crit ) . Иными словами, V f (crit ) ‒ объем волокон,
который после растрескивания матрицы будет выдерживать нагрузку,
воспринимавшуюся композитом до трещинообразования.
Помимо объема волокон большую роль играет их ориентация. Величина
коэффициента эффективности 1 для заданной ориентации волокна равна 1
(при выстраивании волокон в направлении действия нагрузки). При случайном
распределении волокон в плоскости 1  3 , в пространстве ‒ 15 .
8
Коэффициент эффективности длины волокна 2 определяется с точки
зрения параметра, который определяется как двойная длина внедрения волокна
и который связывается с его повреждением при испытании на выход из
матрицы. Он называется критической длиной [1].
Таким образом, в случае дисперсного армирования материала при
современных технологиях конструктивная организация волокон не достигает
уровня органического мира [2]. К тому же они могут оказаться в зонах, не
требующих усиления, например, в непосредственной близости к нейтральному
слою балки или плиты. Поэтому тот же фибробетон рассматривают не как
замену традиционного железобетона в ответственных несущих конструкциях, а
как композиционную матрицу для арматурных стержней. Конструктивная
организация материала по-прежнему идет по пути внедрения пустотных плит,
двутавровых сечений балок и пр.
Литература:
1. Юрьев А.Г., Панченко Л.А., Лесовик Р.В. Волокнистые композиты в
строительных конструкциях. Белгород: БГТУ, 2006. 90 с.
2. Новые подходы к формированию строительных конструкций на основе
углеродных
наносистем /
Ямб
Эммануэль, А.Г.Юрьев, Л.А.Панченко,
И.Р.Серых // Вестник БГТУ. 2009. №3. С. 67-69.
References:
1. Yuriev А.G., Panchenko L.A., Lesovik R.V. Voloknistye kompozity v
stroitelnykh konstrukziyah. Belgorod: BGTU, 2006. 90 s.
2. Novye podkhody k formirovaniyu stroitelnykh konstrukziy na osnove
uglerodnykh nanosistem / Yamb Emmanuel, А.G. Yuriev, L.A. Panchenko, I.R.
Serykh // Bulletin of BSTU. 2009. №3. P. 67-69.