Металлическими материалами

Для силовых конструкций преимущественно используют композитные пластики (усиленные стекловолокном и стеклотканями). Из стекловолок-нитов изготовляют обтекатели корпуса легких судов, кузова автомобилей и' другие конструкции оболочкового типа. Прочность таких конструкций выдерживает сравнение с металлическими конструкциями. Недостаточную жесткость компенсируют увеличением толщин и сечений.

Применение заклепочных соединений в настоящее время резко сократилось в связи с развитием сварки. Область применения заклепочных соединений ограничивается металлическими конструкциями из легких сплавов, где еще не разработаны методы надежной сварки, и конструкциями, работающими на динамические нагрузки (мосты, корпуса самолетов и др.).

В то же время опыт эксплуатации стеклопластиков выявил и некоторые их недостатки, в частности недостаточную жесткость, недостаточную прочность при сдвиге и сжатии, сопротивление истиранию, ограниченный выбор методов соединения их с металлическими конструкциями и др.

Заметное и надежное улучшение конструкции транспортных самолетов в ближайшее время, являющееся результатом использования композиционных материалов, ставит под угрозу любую страну или компанию, которая, слишком долго проработав с металлическими конструкциями, позволит конкурентам выйти на рынки сбыта с продукцией высшего качества. Если это произойдет, аргумент в пользу обычного периода амортизации может стать недействительным. С учетом этого переход на новые материалы на основе постепенного замещения традиционных будет начат, вероятно, уже на моделях, находящихся в настоящее время в массовом производстве. Доказательства этого уже отмечались в разделе III, в котором сообщалось о проводимой оценке вспомогательных конструктивных элементов.

Вводы трубопроводов в здания, шахты (колодцы) и другие аналогичные сооружения должны выполняться так, чтобы надежно предотвращался случайный металлический контакт между трубами и проводками. Часто обнаруживаемые на надземных вентиляционных трубах случайные контакты с заземленными металлическими деталями можно сравнительно просто предотвратить, если все конструктивные элементы, предназначенные для крепления и упора, монтировать при помощи механически прочных изолирующих прокладок на вентиляционных трубах. Если в грунте нельзя избежать пересечения катодно защищаемых резервуаров-хранилищ и других сооружений, например кабелей, заземлений для молниеотводов и т. п., то необходимо предусмотреть достаточные расстояния и позаботиться о том, чтобы при уплотнении или последующем проседании грунта между этими сооружениями не возникло контакта. Все дополнительные устройства, получающие соединение с резервуарами-хранилищами, например устройства для предотвращения утечек, указатели уровня и т. п. должны быть смонтированы так, чтобы из-за них не возникали никакие соединения с кабелями подвода защитного тока, заземлителями, металлическими конструкциями и т. д., ограничивающие эффективность катодной защиты. По тем же причинам в тех случаях, когда подземные резервуары-хранилища должны быть предохранены от всплывания в грунтовых водах, бетонные плиты или фундаменты не должны иметь никаких контактов с самими резервуарами, а если предусматриваются натяжные ленты, то они должны быть снабжены механически прочными изолирующими подкладками достаточно большой площади.

Ходовые рельсовые нити не должны иметь соединения с металлическими конструкциями, оборудованием, трубопроводами и оболочками кабелей, путевым бетоном и щебеночным балластом, зазор должен быть не менее 30 мм.

Увеличить жесткость кольцевой рамы без утолщений оболочки у шлюза можно различными конструкционными приемами, выбор которых должен определяться технико-экономическими расчетами. Возможно увеличение сечения рамы посредством установки дополнительных фланцев. В зоне рамы обрамления шлюзов можно сконцентрировать также кольцевую арматуру. Если ее приведенная толщина вместе с толщиной рамы для шлюза диаметром 3 м содержит 15—20 см металла, то это будет примерно равноценно сплошному металлическому обрамлению шлюза с толщиной стенки рамы, равной '/20 ее диаметра. Рама может быть изготовлена пустотелой с заполнением свободного пространства бетоном или другим материалом, имеющим высокий модуль упругости (рис. 1.27, в). Можно усилить жесткость рамы установкой кольцевых каркасов, приваркой к ее фланцам дополнительных колец из листового металла и т. д. Пересеченную шлюзом рабочую арматуру можно компенсировать, увеличив сечение торцевых и промежуточных сланцев шлюза. Следует обеспечить надежное соединение ненапрягаемой арматуры оболочки с фланцами рамы. Эффекта можно добиться, обеспечив совместную работу защитной оболочки с металлическими конструкциями самого шлюза.

Следовательно, упругие свойства масляного слоя подшипника скольжения при малой толщине, равной 0,1 величины радиального зазора, выражаются нелинейной характеристикой жесткости, порядок величины приведенной жесткости (0,2 -=- 0,3)-106 кГ/см близок к величине жесткости металлоконструкции машины (зубчатого зацепления, опор и т. д.), демпфирующие свойства масляного слоя характеризуются величиной декремента колебаний 6 = 0,44, т. е. составляют сравнительно большую величину, что в значительной степени определяет слабые виброзащитные свойства масляного слоя как упругой связи. Поэтому в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования по вибрациям корпуса механизма, имеющего внутренние источники высокочастотных (выше 500 гц) колебаний, рационально применять упругие вкладыши подшипников с одним рядом упругих элементов; для виброизоляции от источников среднечастотных (100—600 гц) колебаний лучше использовать двухрядные упругие вкладыши с металлическими конструкциями упругих элементов — пружин.

Для силовых конструкций преимущественно используют композитные пластики (усиленные стекловолокном и стеклотканями). Из стекловолок-нитов изготовляют обтекатели корпуса легких судов, кузова автомобилей и другие конструкции оболочкового типа. Прочность таких конструкций выдерживаег сравнение с металлическими конструкциями. Недостаточную жесткость компенсируют увеличением толщин и сечений.

Потери тепла на аккумуляцию его кладкой печи, металлическими конструкциями выдвижного пода, конвейерами, муфелями и пр.

Большой интерес представляет водонапорная башня В. Г. Шухова, выполненная в виде трубы гиперболоидной формы, что позволило при ее создании отказаться от трудоемких гнутых стальных элементов, очень сложных к тому же и в сборке. 72-метровое сооружение оказалось почти на 45 % дешевле по сравнению с другими металлическими конструкциями [14, с. 169—174; 23, с. 159—169]. В 1904 г. гиперболоид В. Г. Шухова был использован без указания его приоритета в смотровых башнях американского флота.

Тугоплавкие сплавы, в первую очередь тантал, оплав ниобия с танталом и в отдельных случаях молибден, являются самыми кислотостойкими металлическими материалами. Их применение особенно целесообразно в средах, в которых другие материалы не обладают коррозионной стойкостью. К таким средам относятся неорганические крепкие кислоты при повышенных температурах, а также некоторые промышленные среды.

Основной особенностью железобетона как конструкционного материала являются пониженные по сравнению с металлическими материалами прочность и жесткость. Допустимые напряжения растяжения и сжатия у железобетона примерно в 3 раза меньше, чем у серых чугунов. Для создания конструкций, равнопрочных чугунным, необходимо увеличение сечений и моментов сопротивления, согласно которому сечения железобетонных конструкций должны быть больше сечений соответствующих чугунных конструкций не менее чем в 3 раза. Так как модуль упругости железобетона примерно в 3 раза ниже модуля упругости чугуна, то увеличение сечений в том же отношении доводит жесткость железобетонных конструкций при растяжении-сжатии до жесткости чугунных конструкций.

Основываясь на имеющихся к настоящему времени данных, можно предложить следующую формулировку: хладноломкость — это потеря пластичности металлическими материалами при низких температурах. Причины хладноломкости: возрастающая роль примесей вследствие понижения растворимости их при уменьшении температуры, концентрация напряжений около дефектов и, возможно, локальная концентрация деформации в разупрочненных тепловым эффектом деформирования участках.

Рио. 120. Потеря массы металлическими материалами в продуктах сгорания топ-> лива в .избытке кислорода с добавкой (а, в) и без добавки (б, г) этиловой жид« кости при 900 °С и длительности испытания 50 ч. Состав сплавов и их предвари» тельная обработка, % (мае.)!

, Очень близок методу вихревых токов термоэлектрический Иетод. Нагретый датчик, подведённый к поверхности покрытия, вызывает термоэлектрический ток между разными металлическими.-материалами. Этот ток можно измерить соответствующими приборами, откалиброванными по эталонам известной толщины, При попытках создания приборов с использованием Термоэлектрического метода определения толщины покрытия Оказалось, что на полученные данные влияют конструктивные Особенности датчика, температурные изменения испытуемых деталей и малейшие отклонения в составе металлов. По этим причинам достоверность результатов нельзя считать достаточной, и практическое применение этого типа прибора очень ограничено.

Повышенная циклическая вязкость чугуна, обусловленная наличием в его структуре включений графита, увеличивает по сравнению с другими конструкционными металлическими материалами чувствительность чугунных деталей в условиях циклических нагрузок к концентраторам напряжений [130, 260]. По этой же причине (наличие включений графита) чугун менее чувствителен, чем стали (особенно повышенной прочности) и к масштабному фактору, т. е. понижению усталостной прочности с повышением сечения испытательных образцов.

Основной- особенностью железобетона как конструкционного материала являются пониженные по сравнению с металлическими материалами прочность и жесткость. Допустимые напряжения растяжения и сжатия у железобетона примерно в 3 раза меньше, чем у серых чугунов. Для< создания конструкций, равнопрочных чугунным, необходимо увеличение сечений И моментов сопротивления, согласно которому сечения железобетонных конструкций должны быть больше сечений соответствующих чугунных конструкций не менее чем в 3 раза. Так как модуль упругости железобетона примерно в 3 раза ниже модуля упругости чугуна, то увеличение сечений в том же отношении доводит жесткость железобетонных конструкций при растяжении-сжатии до жесткости чугунных конструкций.

Слоистые пластики имеют сравнительно низкий модуль упругости при сжатии (примерно такой же, как при растяжении). Хотя слоистые пластики могут сравниться с металлическими материалами по своему пределу прочности при растяжении, они сильно уступают металлам по

Созданы методики и оборудование для усталостных испытаний высокомодульных материалов. Расчеты на прочность при переменных нагрузках как по коэффициентам запаса прочности, так и при помощи вероятностных методов расчета требуют знания характеристик сопротивления усталости материала. Для этого разработаны оборудование и методики проведения усталостных испытаний композитов при растяжении, изгибе, межслойном сдвиге и смятии в мало- и многоцикловой областях. Установлено, в частности, что современные углепластики обладают высоким сопротивлением усталости по сравнению с металлическими материалами, что позволяет эффективно применять их при значительных амплитудах переменных нагрузок. Были выявлены статистические закономерности подобия усталостного разрушения углепластиков и разработаны предпосылки создания инженерной методики оценки усталостной долговечности элементов конструкций из углепластиков.

Армировка деталей из пластмасс может быть произведена как металлами, так и не металлическими материалами (стеклом, фарфором и т. п.). Арматура предназначена для лучших условий крепле-

Кроме того, древесный пластик обладает еще и такими преимуществами не по сравнению с металлическими материалами, как: