Многослойных материалов

В многослойных конструкциях возникает задача определения плотности внутреннего слоя. Ее решают, измеряя коэффициент отражения от границы слоев по отношению к общему донному эхо-

СТЫКОВАЯ КОНТАКТНАЯ СВАРКА -контактная сварка, при к-рой детали свариваются по всей поверхности стыкуемых торцов. Различают С.к.с. сопротивлением с разогревом стыка до пластич. состояния и последующей осадкой и С.к.с. оплавлением с разогревом торцов заготовок до оплавления. Первый метод широко применяется в метизном, кабельном и др. производствах для соединения деталей из однородных металлов с площадью поперечного сечения до 100 мм2. Второй - для сварки деталей из разнородных металлов с большой площадью поперечного сечения (до 200 тыс. мм2 и более). СТЯЖКА - тонкий и относительно прочный слой в многослойных конструкциях перекрытий и покрытий зданий, предназнач. для восприятия и передачи нагрузок (напр., от находящихся на кровлях или полах грузов, оборудования, людей) на нижележащий слой тепло- или звукоизоляции. Различают С. монолитные (цементно-песчаные, асфальтобетонные и т.п.) и сборные (индустр. С.) в виде тонких панелей из гипсоцемента или керам-зитобетона.

АКУСТИЧЕСКАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ — метод дефектоскопии, основанный на использовании упругих колебаний преим. звукового (до 20 кГц) диапазона частот. Применяется для выявления дефектов соединений в многослойных конструкциях, слоистых пластиках и др.

СТЯЖКА — тонкий и относительно прочный слой в многослойных конструкциях перекрытий и покрытий зданий, предназначенный для восприятия и передачи нагрузок (напр., от находящихся на кровлях или полах людей, грузов, оборудования) на нижележащий слой тепло- или звукоизоляции. Различают С. монолитные (цементно-песчаные, асфальтобетонные и т. п.) и сборные (индустриальная С.) в виде тонких панелей из гипсоцемента или керамзитобетона.

Теневым методом выявляют дефекты (преимущественно расслоения и не-проклеи) в многослойных конструкциях из металлических и неметаллических материалов с разнообразным сочетанием слоев. Применяют иммерсионный, струйный, контактный (в том числе, сухой) способы передачи УЗ К. Удобны катящиеся преобразователи с сухим контактом через слой полиуретана. Разработаны бесконтактные преобразователи для контроля через толстые слои воздуха. Метод не имеет мертвой зоны и позволяет за один проход обнаруживать дефекты во всех слоях изделия.

межслоевые сдвиги при изгибных колебаниях конструкций будут существенно влиять на частоту и декремент затухания колебаний. Таким образом, оценивая частоту и добротность колебательного процесса, возникающего в многослойных конструкциях и изделиях, можно оценить их качество и надежность.

Повышенная сопротивляемость многослойных конструкций распространению разрушения, что бывает очень важно с точки зрения предотвращения аварии и уменьшения степени ее последствий, обусловлена межслоиными зазорами, препятствующими развитию трещины по толщине стенки. Поэтому в многослойных конструкциях, не имеющих монолитных зон, образование сквозных разрывов при расчетных напряжениях как правило не происходит. В зонах кольцевых швов разрушение под действием рабочих напряжений может быть локализовано благодаря более высокой динамической вязкости разрушения многослойного металла.

Приведена математическая модель и исследованы тепловые режимы многослойной конструкции. Численное моделирование на сеточном процессоре гибридной вычислительной машины показало, что многослойная оболочка в заданных условиях не может быть заменена монолитной с эквивалентными теплофизическими свойствами. Определению температурных полей в многослойных конструкциях посвящены многочисленные исследования, выполненные в СССР и за рубежом. Тепловым расчетам многослойных конструкций посвящена работа [6]. Согласно литературным данным для числа слоев п, большего 3—5, в случае переменных граничных условий и переменных теплофизических характеристик приближенные аналитические методы решения линейных задач дают чрезвычайно громоздкие решения. Нелинейные задачи с зависящими от температуры теплофизическими характеристиками, граничными условиями и источниками тепла можно решить только численными методами при реализации решений на аналоговых, цифровых или гибридных вычислительных машинах (АВМ, ЦВМ и ГВМ) [2, 3].

Приближенные аналитические методы решения задач теплопроводности [2—4] не дают возможности получить достаточно точные численные результаты при математическом моделировании температурных полей в многослойных конструкциях, даже в сравнительно простых случаях (одномерная задача, постоянные теплофизические свойства материала, число слоев основного материала) [4, 5]. Трудности возрастают в том случае, когда необходим учет переменности термических сопротивлений контактов по толщине и вдоль поверхности конструкции. Для двухмерных и объемных задач нестационарной теплопроводности при сложной форме сварных узлов многослойных конструкций единственным путем получения надежных данных по температурам является численное моделирование на вычислительных машинах (ВМ). На рис. 1 показана схема многослойной стенки в районе сварного шва. В [1] показано, что для значений термических сопротивлений контактов, имеющих место для сталей, применяемых

Сопоставление сопротивления усталости монолитной и многослойной стали. Сравнительная оценка сопротивления усталости монолитной и многослойной стали должна, по-видимому, рассматриваться с позиций проявления влияния масштабного фактора, вызывающего снижение пределов выносливости образцов или элементов конструкций по мере роста их размеров [2]. Исследования [2—5], выполненные на гладких цилиндрических образцах, свидетельствуют о том, что масштабный фактор наиболее сильно проявляется при изгибе и кручении. По мере увеличения диаметра образца от 7,5 до 200 мм снижение пределов выносливости [2—5] может достигать 30—50 %. В меньшей степени роль масштабного фактора проявляется при осевом нагружении [2], однако, и в этом случае его влияние может быть существенным. Предположим, что сопротивление усталости тонколистового металла в многослойных конструкциях окажется повышенным в сравнении с монолитным. С целью проверки этого предположения выполнены сравнительные усталостные испытания многослойных и однотипных монолитных образцов (рис. 1), изготовленных из малоуглеродистой стали марки Ст. Зсп. Химический состав и механические свойства исследованной стали удовлетворяли требованиям ГОСТа 380-71.

Одна из главных особенностей, отличающих многослойные элементы от соответствующих однослойных, связана с их повышенной податливостью на сдвиг. Часто возникают существенные трудности при определении контактного давления, межслоевых нормальных и касательных напряжений в многослойных конструкциях. В связи с этим развитие эффективных аналитических методов исследования напряженно-деформационного состояния (НДС), определение контактной жесткости многослойных цилиндрических труб является одним из важных вопросов в данной проблеме.

К настоящему времени Не сделан выбор в пользу определенной комбинации многослойных материалов (и технологий их получения) .для диверторных пластин термоядерного реактора (ТЯР), температура которых может превышать 1500К. Многослойной в большинстве современных проектов ТЯР является и первая стенка, изготовленная ИЗ стали и защищенная пластинками графита, молибдена, карбида титана и т. п. Правда, рассматривается возможность [1] эксплуатации и не защищенной ПС, поскольку элементы соединения могут стать дополнительными источниками облегченного разрушения конструкции за счет циклического теплового воздействия плазмы. Это замечание относится и к многослойным пластинам.

'l Акустические методы контроля неметаллических и многослойных материалов разделяют на высокочастотные (выше 0,5 МГц) и низкочастотные. В качестве высокочастотных применяют эхо-^ ^?ер_кально-теневой и д_ругие ранрр ппягянныр методы Применительно к неметаллическим материалам методы часто модифицируют, давая им другое название. В низкочастотных методах используют волны, длина Которых существенно превышает неоднородности неметаллических и композиционных материалов. Это принципиально изменяет методику и средства контроля.

Теневой метод используют в вариантах: амплитудном и временном. Его преимущество — отсутствие мертвой зоны и слабое влияние структурных неоднородностей, особенно во временном варианте. Основные области применения — контроль на расслоение многослойных материалов из металлов и неметаллов типа стеклотек-столитовых панелей, трехслойных панелей с легким заполнителем (в том числе сотовым), покрышек автомобильных и авиационных колес. При контроле наблюдают не только за амплитудой и вре-

В судостроительной промышленности наибольшее распространение из многослойных материалов получают биметаллы, изготовленные различными методами наплавки изделий. Как правило, работа таких изделий связана с периодическими колебаниями нагрузок и температуры. Ранее нами было показано [1], что при таких условиях в переходном слое биметалла образуются четко различимые зоны обезуглероживания и науглероживания. При дальнейшем наблюдении за таким материалом в период эксплуатации было замечено, что величина диффузионной зоны изменяется от действия циклических нагрузок и температуры нагрева. Для исследования были выбраны широко используемые сплавы биметаллов, полученные методом электродуговой наплавки: Ст. 3+0X1869; Ст. 3+07Х25Н12Г2Т; Ст. 3+10Х16Н25М6; Х2Н1М+10Х16Н25М6.

Метод сварки взрывом применяют для получения биметаллов сталь — цветные металлы, сталь — титан, сталь •— тугоплавкие металлы и др., при плакировании крупногабаритных заготовок и деталей, в случае получения многослойных материалов или биметаллов различной толщины (более 60 мм).

и наружных частей многослойных материалов широко применяют асбо- и стеклопластики с полиэфирными, фенолышми и крем-нийорганич. связками, обеспечивающими необходимую механич. прочпость и теплостойкость. Качественными Р. м. являются многие пено- и сотоматериалы с размерами пор значительно меньшими длины волны: пенопласт полистирольный, пенополиуретаны, пенопласт кремнийорганический, пеностекло и пенокерамика, стеклопластовый сотовый заполнитель. Благодаря значительному содержанию газов они отличаются очень низкими диэлектрич. потерями (tg6= =-10-*—10-*; 8=5=1,05—2,0) и широко используются в качестве обтекателей самолетных и ракетных антенн, для герметизации волноводного тракта со стороны рупорных антенн и т. п. При работе в интервале ±60° применяется пенопласт поли-стерольный ПС-1, до 170° пенополиуретан ПУ-101А, до 200—350° пенопласты феиол-формальдегидные ФК-20-А-20 и ФК-40 (фи-зико-механич. св-ва см. в соответствующих статьях). При работе обтекателей в интервале около 500° и выше применяется пенокерамика, к-рая при -у=0,6 г/см3 в интервале темп-р 20—500" и частоте 1010 щ сохраняет следующие диэлектрич. св-ва: tg 6=^0,0015, е^:1,8, аиз=50—40 кг/с.и2.

8. Патон В. Е., Медовар В. И., Саенко В. Я. и др. Новый подход к получению и разработке многослойных материалов из низко- и среднелегирован-ных сталей.— Пробл. спец. электрометаллургии, 1981, вып. 15, с. 3—7.

Для тонкостенных многослойных конструкций типичны плоское напряженное состояние и изгиб. Поэтому практически важен переход от общих соотношений для линейно упругого анизотропного тела к конкретным формам их записи для этих напряженных состояний. Особенно важны вопросы, связанные с преобразованием характеристик однонаправленного материала — основного элемента современных силовых тонкостенных оболочек, в характеристики многослойных материалов, составленных из разноориентированных слоев однонаправленных материалов.

Таким образом, средние значения коэффициентов жесткости многослойных материалов, составленных из слоев однонаправленного материала, не зависят от структуры пакета слоев (углов укладки слоев и их относительных толщин) и полностью определяются свойствами однонаправленного материала.

Для обсуждения особенностей поведения многослойных материалов при одном из видов плоского напряженного состояния —

Все более широко применяют импедансные методы контроля качества изделий, например, для оценки целости сварных швов, клеевых соединений, многослойных материалов и покрытий. При этом обеспечивается большая глубина контроля, чем при ультразвуковой дефектоскопии [12]. Импедансные приборы для дефектоскопии описаны в работе [9].