РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРОЦЕССА термоформования пластмасс. РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРОЦЕССА термоформования пластм. Практическая работа 1 расчеты технологических операций процесса термоформования пластмасс цель работы
 Скачать 488.5 Kb.
|
|
Раздел должен содержать основные определения, принципиальную схему процесса литья под давлением, основные параметры процесса. 3. Практическая часть. Раздел должен содержать решение предложенных задач.  Контрольные вопросыВ чем заключается процесс изготовления изделий из пластмасс методом литья под давлением? Какие полимеры перерабатывают данным методом? Почему при переработке реактопластов необходим обогрев формы? Какие основные процессы происходят при литье под давлением? В чем заключается процесс пластикации пластмасс? Какие физико-химические процессы протекают при формовании изделия? Какими свойствами перерабатываемых пластмасс определяется процесс формирования надмолекулярной структуры? Назовите основные параметры формования изделий. Какие параметры литьевых машин определяют процесс формования? Библиографический список 1. Энциклопедия полимеров. В 3-х томах. М.: Советская энциклопедия, 1972. Т.1. 1224 с.; Т.2. 1032 с.; Т.3. 1150 с. 2. Швецов Г.А., Алимова Д.У., Барышникова М.Д. Технология переработки пластических масс. М.: Химия, 1988. 512 с. 3. Шембель А.С. Антипина О.М. Сборник задач и проблемных ситуаций по технологии переработки пластмасс. Л.: Химия, 1990. 272 с. _________________________________ Практическая работа № 3 Основные представления о надежности и конструировании энергетического оборудования Цель работы Ознакомление с современными представлениями о надёжности работ энергетических объектов. 1. Основные понятия и определения теории надежности конструкций Надежность одна из составных частей качества любой технический системы. Надежность свойство технического объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функции при условии, что соблюдены правила эксплуатации, предусмотренные нормативно-технической и эксплуатационной документацией. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. Безотказность свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Работоспособное состояние состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и/или конструкторской (проектной) документации. Долговечность свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния. Предельное состояние состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна. Ремонтопригодность свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта. Сохраняемость свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и/или транспортирования. Одним из центральных понятий теории надежности является отказ событие, которое заключается в нарушении работоспособного состояния объекта. Временные понятия теории надежности. Наработка продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, в километрах и т.п.), так и целочисленной (число рабочих циклов, запусков и т.п.). Ресурс суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние. Для технических объектов, которые могут быть потенциальным источником опасности, важны понятия безопасности и живучести. Безопасность свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для населения и/или для окружающей среды. Под живучестью понимают свойство объекта, состоящее в его способности противостоять развитию критических и существенных отказов и дефектов, повреждений и несущественных отказов при установленной системе технического обслуживания и ремонта. В различных отраслях понятие живучести трактуется по-разному. Например, сохранение несущей способности элементов конструкций при возникновении в них усталостных трещин, размеры которых не превышают заранее заданных значений: распространение пластических деформаций по всему сечению элемента, накопление предельно допустимой деформации ползучести и т.п. Показатели надежности количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. На основе этих показателей определяются сроки и объемы замены элементов и узлов оборудования, обеспечивающих безотказность. Вероятность безотказной работы вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени объект находился в работоспособном состоянии. Средняя наработка на отказ математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Этот показатель вводится применительно к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся несущественные отказы. Интенсивность отказов условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возникнет. 2. Модели прочностной надежности Моделью называется совокупность представлений, зависимостей, условий, ограничений, описывающих процесс, явление. Прочностной надежностью называется отсутствие отказов, связанных с разрушением или недопустимыми деформациями элементов конструкций. С понятием прочностной надежности связаны такие показатели качества, как прочность, жесткость и устойчивость. Под прочностью понимается способность конструкции сопротивляться действию внешних нагрузок, не разрушаясь. Жесткостью конструкции называется ее способность препятствовать развитию недопустимых по условиям эксплуатации деформаций. Устойчивость конструкции это ее способность сохранять первоначальную форму равновесия. Обеспечение высоких показателей надежности конструкций на стадии проектирования связано с разработкой модели прочностной надежности. С помощью таких моделей выбирается материал и необходимые размеры элементов конструкций, оценивается сопротивление материалов внешним воздействиям. Модель прочностной надежности включает в себя модели: материала, формы, нагружения и разрушения. Модели материала. В механике материалов и конструкций используется модель сплошного однородного деформируемого тела. Деформируемым называется тело, которое после приложения внешних нагрузок изменяет свою форму и размеры. Модель сплошной среды позволяет рассматривать тело как непрерывную среду и применять методы математического анализа. Физические свойства конструкционных материалов с учетом внешних воздействий (температура, скорость нагружения, облучение и т.п.) меняются; модели материала должны учитывать такие свойства, как упругость, пластичность и ползучесть. Модели формы. Построение модели формы основано на схематизации конструкции и ее элементов по геометрическим признакам. Стержень тело, один из размеров которого значительно больше, чем два других характерных габаритных размера (размеры поперечного сечения). Стержень можно образовать движением в пространстве плоской фигуры, центр тяжести которой скользит вдоль некоторой кривой (оси стержня), а сама фигура остается перпендикулярной к этой кривой, и ее положения образуют совокупность поперечных сечений стержня. Оболочка тело, один из размеров которого мал по сравнению с двумя другим и габаритными размерами. Геометрическое место точек, равноудаленных от образующих оболочку поверхностей, называется ее срединной поверхностью. Толщина оболочки измеряется вдоль нормали к срединной поверхности. Если срединная поверхность является плоскостью, то такой элемент называют пластиной. Методами теории пластин и оболочек рассчитываются трубные доски реакторов и подогревателей, плоские и выпуклые днища резервуаров, тонкостенные корпуса теплообменных аппаратов, тонкостенные трубы, оболочки градирен и т. д. Тело, у которого все три габаритных размера имеют одинаковый порядок, называется массивным телом. Для расчета таких элементов (толстостенные корпуса сосудов высокого давления, диски паровых и газовых турбин, фундаментные плиты и т.д.) привлекаются методы теории упругости. Модели нагружения. Эти модели содержат схематизацию внешних нагрузок по координатам, времени, а также по воздействию внешних полей и сред. Силовые нагрузки, действующие на конструкции, можно разделить на три группы: 1) объемные или массовые силы; 2) поверхностные силы; 3) сосредоточенные силы. Объемные нагрузки действуют па каждую частицу внутри тела. К таким нагрузкам относятся: собственный вес конструкции, силы инерции, силы магнитного притяжения и т.п. Поверхностные нагрузки распределены по значительным участкам и являются результатом взаимодействия различных конструктивных элементов одного с другим или с другими физическими объектами (например, давление жидкости или газа на стенки сосуда, давление ветра на оболочку градирни и т.п.). Если силы действуют на небольшую поверхность конструкции, то их можно рассматривать как сосредоточенные нагрузки, условно приложенные в одной точке. По характеру действия нагрузки можно разделить на статические и динамические. Статическая нагрузка возрастает от нуля до своего номинального значения и остается постоянной во время эксплуатации конструкции. Переменное, или динамическое, нагружение нагружение, изменяющееся во времени. Часто встречающимся видом переменного нагружения являются циклические нагрузки, характеризующиеся периодическим изменением значения и/или знака. Модели нагружения должны учитывать воздействие полей и сред. Наиболее существенным является воздействие температурного поля. Изменение температуры элементов конструкций вызывает температурные деформации. Если они не удовлетворяют уравнениям совместности деформаций, то в элементах конструкций возникают температурные напряжения, значения которых часто оказываются соизмеримы со значениями напряжений, возникающих от воздействия внешних сил. Кроме того, изменение температуры влияет на механические характеристики конструкционных материалов. В некоторых случаях приходится учитывать влияние нейтронного облучения, электромагнитного поля, воздействие коррозионных сред. Модели разрушения представляют собой уравнения (условия), связывающие параметры работоспособного состояния элемента конструкции в момент разрушения с параметрами, обеспечивающими прочность. Эти условия называют условиями (критериями) прочности. Нарушение прочности соответствует переходу конструкции или ее элементов в предельное состояние, при котором ее дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. В зависимости от характера разрушения материала различают два типа предельных состояний: хрупкое разрушение и появление пластических деформаций (текучести). В зависимости от условий нагружения имеют место четыре модели разрушения: статическое разрушение, длительное статическое, малоцикловое, усталостное (многоцикловое) разрушение. При повышенных температурах (для стальных и титановых сплавов выше 400 °С, для жаропрочных сплавов выше 600 °С) рассматривается длительная прочность. Сопротивление материала зависит не только от значения действующего усилия, но и от длительности его воздействия. 3. Понятие о напряжениях и деформациях Между частицами твердого ненагруженного тела действуют силы взаимодействия, обеспечивающие неизменность его геометрической формы. При действии внешних нагрузок силы взаимодействия изменяются и тело деформируется. Под внутренними силами понимается приращение сил взаимодействия между частицами, возникающее при его нагружении. Понятие о напряжениях. Напряжение является количественной мерой интенсивности внутренних сил в точках деформируемого тела. Зафиксируем некоторую точку М в сечении тела с единичным вектором нормали n (рис. 4.1). В окрестности этой точки выделим площадку F, на которой действует главный вектор внутренних сил P. При уменьшении размеров площадки в пределе получаем  . (46)Вектор pn называется вектором напряжений в точке. Он зависит не только от действующих на тело внешних сил и координат точки М, но и от ориентации площадки F, в пространстве, определяемой нормалью п. Совокупность всех векторов напряжений в точке М для всевозможных направлений вектора n определяет напряженное состояние в точке. Проекция вектора рn на направление n называется нормальным напряжением n, (рис. 4.2), а проекция на плоскость, проходящую через точку М и ортогональную вектору n, касательным напряжением n: pn2=sn2 +tn2 .(47)  Рис. 4.1. Главный вектор внутренних сил на площадке F   Рис. 4.2. Вектор напряжений рn, нормальное n и касательное n напряжения в точке М Напряжения на произвольно ориентированных площадках могут быть выражены через эти три вектора напряжений. Разложим каждый вектор напряжений на составляющие вдоль координатных осей (рис. 4.3, 4.4). На каждой площадке действует одно нормальное напряжение x, у, z, где индекс обозначает направление вектора нормали к площадке, и два касательных напряжения с двумя индексами, из которых первый указывает направление действия компоненты напряжения, второй направление вектора нормали к площадке. Совокупность девяти компонент (по три на каждой из трех взаимно перпендикулярных площадок) представляет собой тензор напряжений в точке. Тензор напряжений обладает свойством симметрии: xy= yx; xz= zx; yz= zy. Эти условия называются также условиями парности (взаимности) касательных напряжений.   Рис. 4.3. Векторы напряжений на элементарных площадках   Рис. 4.4. Компоненты вектора напряжений Размерность напряжений равна отношению размерности силы к размерности площади. В системе СИ напряжения измеряются в паскалях (1 Па = 1 Н/м2). Понятие о деформациях. При действии внешних сил происходит изменение объема тела и его формы, т.е. тело деформируется. Различают начальное (недеформированное) и конечное (деформированное) состояния тела (рис. 4.5). Выделим в окрестности точки М элементарный параллелепипед с размерами dx dy dz (рис. 4.6). При деформировании длины его ребер получают абсолютные удлинения dx, dy, dz. Относительные линейные деформации в точке М вводятся следующим образом:  (48)Относительные линейные деформаций (3) величины безразмерные и для распространенных конструкционных материалов имеют порядок = 10-3, т.е. достаточно малы. Кроме линейных деформаций возникают угловые деформации (углы сдвига) (рис. 4.6), определяемые как малые изменения первоначально прямых углов граней параллелепипеда. Как и линейные деформации, углы сдвига малы и имеют порядок g  10-4. Рис. 4.5. Полное перемещение точки и его компоненты   Рис. 4.6. Линейная и угловая деформации элемента 4. Коэффициенты запаса прочности и допускаемые напряжения Прочность элементов конструкций теплоэнергетического оборудования является одним из определяющих условий надежности, закладываемых на стадии проектирования. Порядок расчета на прочность регламентируется различными нормативными документами, отраслевыми стандартами и др. Важнейшие исходные показатели при выполнении расчетов на прочность коэффициент запаса прочности (запас прочности) и допускаемое напряжение. Коэффициент запаса прочности необходимо выбирать с тем расчетом, чтобы был обеспечен определенный запас против появления предельного состояния материала, характеризуемого величиной sпред. В качестве sпред принимается: sт (s0,2) предел текучести для пластического состояния материала; sв временное сопротивление при разрушении (появлении трещины) для хрупкого состояния материала; sr предел выносливости при появлении трещин усталости. Коэффициентом запаса прочности п называется отношение предельного напряжения для данного материала к максимальному эквивалентному напряжению: n = sпред/sэкв. В практике инженерных расчетов используется также понятие коэффициента запаса по долговечности n1 отношение времени tпред, за которое происходит разрушение, к плановому сроку эксплуатации t0:  В расчетах на прочность элементов конструкций теплоэнергетического оборудования и в машиностроении основным является расчет по допускаемым напряжениям. Критерием надежности конструкции будет выполнение условия прочности smax £ [s], (49) где [s] = sпред/[n] допускаемое напряжение; [n] нормативный коэффициент запаса прочности. Выбор допускаемого напряжения и соответственно нормативного коэффициента запаса прочности зависит от многих факторов: достоверности сведений о механических характеристиках материалов; технологических допусков на размеры элементов конструкции; изменения свойств материалов во время эксплуатации; точности расчетного и экспериментального определения напряжений и деформации; допускаемых отклонений параметров нагружения в режиме эксплуатации. При установлении запаса прочности учитывается назначение конструкции, последствия, к которым может привести ее разрушение. По мере накопления опыта проектирования, эксплуатации и совершенствования методик расчета значения коэффициентов запаса прочности уточняются. На определенный период времени эти значения устанавливаются стандартами и нормами. Необходимо принять во внимание, что нагрузки, свойства материалов и условия эксплуатации конструкции не являются детерминированными величинами, их значения определяются с некоторой степенью вероятности. Для получения достоверных представлений о значениях допускаемых напряжений и коэффициентов запаса прочности, необходимо учитывать их статистическую природу. Значения нормативного коэффициента запаса прочности приведены в табл. 4.1. Таблица 4.1. Нормативные коэффициенты запаса
|