ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕПЛАСТИКА ДЛЯ

ПРОИЗВОДСТВА КРЫЛА САМОЛЕТА НА ПРИМЕРЕ ПАССАЖИРСКОГО

АВИАЛАЙНЕРА (SUKHOI SUPERJET 100)

Ананьев М.И – студент группы ПКМ-01, науч. рук. Головина Е.А – доцент, к.т.н.

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (г. Барнаул)

Одной из самых больших проблем для авиапромышленности является масса самолета,

ведь от нее самолета зависит максимальная подъемная масса, расход топлива а в следствии и дальность полета.

Одной из самых главных несущих частей самолета является его крыло, оно испытывает самые большие нагрузки действующие на самолет. Крылья самолетов отличаются большим разнообразием не только внешних форм, но и особенностей конструкции. Во всех случаях крыло должно быть достаточно прочным и жестким при минимальной массе.

Рисунок 1 – Пассажирский авиалайнер SUKHOI SUPERJET Передавая подъемную силу на фюзеляж, крыло подвергается деформациям изгиба, кручения и сдвига которые должнывосприниматься соответствующими силовыми элементами. Крылья различных типов обычно представляют собой наборы однотипных элементов, участвующих в восприятии внешних нагрузок и составляющих его конструктивно-силовую схему.

Аэродинамические характеристики самолта зависят от многих параметров, а не только от миделевого сечения фюзеляжа, профиля или удлинения крыла. Большое значение имеет выбор такого параметра, как площадь крыла, а точнее - отношения веса самолта к площади крыла, т.е. удельной нагрузки на крыло. Ведь крыло не только создат подъмную силу, необходимую для полта, но и вносит основной вклад в создание силы сопротивления.

Если мы сравним между собой самолеты различных размеров, то заметите, что более скоростным машинам свойственна более высокая нагрузка на крыло.

Дело в том, что большие крылья нужны только на этапах взлта и посадки, для уменьшения взлтно-посадочных дистанций, а в крейсерском ГП можно было бы довольствоваться совсем крохотными крылышками. «Играя» удельной нагрузкой на крыло, можно влиять на многие лтно-технические характеристики самолта.

Предлагаю сравнить ВС по этому параметру:

Ан-158 - Gвзл/Sкр = 43700/87,3 = 500,6 кг/м CRJ-900 - Gвзл/Sкр = 36500/68,6 = 532,1 кг/м EmB-190 - Gвзл/Sкр = 50300/92,5 = 543,8 кг/м SSJ-100 - Gвзл/Sкр = 45880/77,0 = 595,8 кг/м2 – 5958 Н/м Рисунок 2 – Нагрузки действующие на крыло: SSJ-100 - Gвзл/Sкр = 45880/77,0 = 595,8 кг/м2 – 5958 Н/м Рисунок 3 – Деформация крыла Основным материалом при создании несущих конструкций используют специальный алюминиевый сплав под названием Авиаль.

В данной работе было спроектировано крыло из углепластика плотность которого практически в 2 раза ниже плотности алюминиевого сплава Сравним как крылья, сделанные из (Авиаль) и (Углепластика) переносят напряжения.

Вывод: Исходя из данных полученных при проведении данной работы мы видим незначительную разницу в устойчивости к напряжениям, углепластик уступает всего на 269н/м2, при массе крыла всего в 3,5 т, а масса крыла из (Авиаль) практически в два раза больше. Это Список использованной литературы:

1. Армированные пластики: современные конструкционные материалы, Э. С. Зеленский, А.

М. Куперман, Ю. А. Горбаткина,В. Г. Иванова-Мумжиева, А. А. Берлин 2. Современные полимерные композиционные материалы А.А. Берлин, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, статья 3. Фудзии Т., Дзако М.–Механика разрушения композиционных материалов: Пер. с японск.– М.: Мир, 1982.–232с., ил.

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F2%E5%EA%EB%EE%EF%EB%E0%F1%F2%E8%EA 5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%EE%EB%E8%EF%F0%EE%EF%E8%EB%E5%ED

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (АКРИЛА) ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ВАННЫ Берда О.А. – студентка группы ПКМ-01, науч. рук. Головина Е.А. – доцент к.т.н.

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (г. Барнаул) Ванная комната в доме – это часто посещаемое помещение всей семьей. Она является таким местом, где можно расслабиться после трудового дня, отдохнуть и снять усталость.

Более пятидесяти процентов ванной комнаты занимает ванна. Поэтому она должна быть не только красивой и практичной, но и долговечной. Самые распространенные ванны это чугунные, стальные и акриловые.

Чугунные ванны более долговечны в сравнении со стальными и акриловыми, но все же они не являются совершенными, и всему виной эмалевое покрытие, тогда как ванна акриловая или стальная практически не знают такой проблемы. Случается, что вся прочность чугунной ванны перечеркивается выходом из строя хрупкого эмалевого покрытия.

Стальные ванны весьма схожи своими характеристиками с чугунными, но есть весьма существенные отличия. Вес стальной ванный составляет примерно 30 килограмм, так как толщина стенок данной емкости всего 3 миллиметра.

Прочность стальной ванны такая же, как у чугунной. Срок службы стальной ванны, который заявляют изготовители - более 15 лет, а кроме того, такие ванны стоят очень дешево, особенно в сравнении с другими изделиями. Цена стальной ванны начинается с планки 2500 рублей.

К сожалению, со стальными ванными далеко не все так радужно. Вода в такой емкости остывает очень быстро, поэтому приходится постоянно доливать горячую, что не очень-то удобно. Кроме того, при набирании воды в стальную ванну металл издает громкие и весьма неприятные звуки, похожие на акустический эффект, который создается при падающих на металлочерепицу капель.

Самыми популярными на современном рынке считаются акриловые ванны. Они легкие, прочные, надежные, изготавливаются методом горячего формования с последующим нанесением стекловолокна, затем смолы, которая служит армированием. Металлический каркас и связующие ножки придают ванне максимальную устойчивость. Поверхность, защищенная от скольжения, обладает неповторимым блеском за счет непористого, ровного, приятного на ощупь покрытия.

Любое дизайнерское решение будет удовлетворено, благодаря богатой цветовой палитре. Цвет не пожелтеет, останется первозданным на протяжении всего периода эксплуатации. Это происходит, благодаря особому способу нанесения: внутреннюю сторону емкости обрабатывают перламутровой основой с использованием особенного геля AkrilCoat.

Ванны практичны, обладают антибактериальными свойствами, которые придает запатентованный компонент, входящий в состав изделия.

Вода такого резервуара остывает медленно, а стенки и дно имеют комнатную температуру, что очень удобно для купания детей. При заполнении водой нет громкого шума, поскольку акрил является одним из звукопоглощающих материалов. Уход допускает использование геля или мыла без абразивных средств - тогда поверхность останется гладкой, чистой, блестящей.

Не стоит забывать и об осторожности. Такая поверхность может легко поцарапаться или треснуть от удара тяжелым предметом. Стоит быть аккуратнее, купая домашних животных, которые когтями могут повредить поверхность. Но даже, если ванна немного повреждена, ее очень легко восстановить. Царапины исчезнут, благодаря полироли, а большой скол можно залить жидким акрилом, хорошо отшлифовав нулевым номером наждачной бумаги. Правильный уход даст возможность ванне прослужить долгие годы, сохранив свой первозданный вид.

Я рассмотрела два материала для ванны – это сталь (AISI 316 нержавеющая сталь, лист (SS)) и акрил (Акрил (Средняя-высокая ударопрочность)). Чтобы сравнить их прочностные и деформативные характеристики и определить оптимальный материал для изготовления ванны, в программе SolidWorks была построена модель с указанием материала.

Модель ванны была закреплена и нагружена (600 ньютонов) (рисунок 1) так, как это происходит в реальной жизни.

Рисунок 1 – Нагрузка и крепление ванны Ниже, на рисунках 2-5 продемонстрировано распределение напряжений и смещений.

Таблица 1 – Полученные данные Из таблицы видно, что ванна из стали тяжелее почти в 4 раза, смещение почти в 3 раза меньше, напряжение в 10 раза больше. По сравнению со сталью акрил сильно уступает в прочности, поэтому его всегда нужно дополнительно укреплять. Акриловая ванна благодаря небольшому весу хорошо транспортируема и легка в установке. Стальная ванна хорошо переносит высокие температуры по сравнению с акриловой, так как температура плавления у акрила 160 °С.

К недостаткам стальных ванн можно отнести достаточно скользкое дно, сложность реставрации и высокую теплопроводность, способствующую быстрой потере температуры воды.

Сталь – токопроводящий металл, поэтому установка такой ванны обязательно должна сопровождаться заземлением.

Акрил обладает низкой теплопроводностью, благодаря чему мгновенно нагревается и долго сохраняет комфортную температуру. Покрытие акриловых ванн устойчиво к истиранию, а в случаях повреждения – очень легко реставрируется собственными силами, обретая первоначальный вид. Акриловое покрытие практически не скользит, что сокращает риск получения травм. Такие ванны безопасны во всех отношениях и не нуждаются в заземлении.

Акриловые ванны покорили покупателей удивительным ассортиментом дизайна – любая форма, любой размер, любой цвет, куча различных дополнительных аксессуаров типа полочек и подлокотников. В случае чрезвычайно ограниченного функционального пространства в ванной комнате, акриловая ванна поможет выкрутиться и даже обустроить комфортное место отдыха. Если помещение ванной комнаты большое, хозяин хочет сделать дизайн проект с размахом, то и здесь пригодится акриловая ванна, которая может быть сделана даже по индивидуальному проекту.

Список использованной литературы:

1. http://snosn.com/2603-acr-bath.html 2. http://antimil.ya.ru/replies.xml?item_no= 3. http://www.bistroy.ru/?c=article 4. http://snosn.com/2430-steel-bath-des.html 5. http://eto-vannaya.ru/wanna/vybor-vanny/kakie-akrilovye-vanny-luchshe-

СРАВНЕНИЕ МАХОВИКА ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С

МАХОВИКОМ ИЗ ТРАДИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Грецкая. И. Н – студентка группы ПКМ-01, науч. рук. Головина Е.А – доцент, к.т.н.

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (г. Барнаул) Впервые маховик был обнаружен в 1922 году в гончарной мастерской, проработавшей несколько веков. Массивный диск размером боле 30 дюймов (около 75 см) с центральным круговым отверстием насаживался на вертикальную стойку с подпятником, где свободно вращался с небольшим трением. Служил диск гончарным кругом, тем самым кругом, на котором древние гончары лепили свою продукцию, и который, правда, не из глины, а из дерева встречался во дворцах фараонов Египта около 1000 лет до этого.

Далее применение маховика начало развиваться в разных механизмах.

Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня, и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Самое широкое применение маховик нашел в автомобилестроении. Маховик автомобиля находится на одной стороне коленчатого вала двигателя, крепится он очень прочно, несколькими болтами, представляет из себя, большой, доскообразный круг, с «венцом» сверху. «Венец маховика», это зубчатое колесо, которое одевается на маховик в разогретом состоянии, после того как венец маховика остынет, две детали становятся практически не разъемные. То есть маховик становится похож на одну большую шестерню.

Металл маховика очень прочный, но не ломкий, способен выдержать большие нагрузки.

Предназначения маховика:

1) Маховик присоединен к коленчатому валу, который заставляет поршни двигаться.

Поршни начинают сдавливать топливо, подается искра и автомобиль заводится. То есть маховик является очень важной частью при пуске двигателя. Без него приходилось бы крутить двигатель вручную как раньше, «кривым стартером», как называли его водители прошлого века, загнутый ключ который вставлялся в двигатель и выполнял функцию маховика.

2) Маховик, борется со сторонней энергией двигателя, то есть он гасит колебания двигателя, которые пошли бы в кузов. Благодаря такой функции, двигатель работает ровно, без детонации (колебания двигателя).

Наиболее характерными требованиями, предъявляемыми к рассматриваемому маховику, является точность посадочных отверстий и фасонных поверхностей под приводные ремни, высокая концентричность всех поверхностей, а также уравновешенность относительно оси вращения. Для больших маховиков заготовкой служит стальное или чугунное литье, реже поковка, а для относительно небольших размеров штампованная заготовка.

Маховик изготовляют из чугуна и динамически балансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце маховик центрируется в строго определнном положении с помощью штифтов или болтов которыми он крепится к фланцу.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещ и моментом импульса, с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

На рисунке ниже представлен маховик, изготовленный из чугуна:

Общеизвестно, что энергия каждого килограмма маховика зависит от его формы и прочности. Малая прочность материала, из которого он обычно изготавливается, т.е.

стальные поковки или отливки. А крупные отливки или поковки даже из лучших сортов стали не слишком прочны. В таких изделиях невозможно избежать мельчайших дефектов, сильно уменьшающих прочность всего маховика. Чем прочнее литой или кованый маховик, тем опаснее его разрыв, если он приключится, и тем больший запас прочности понадобится, чтобы уберечь маховик от разрыва.

Большой популярностью пользуются так называемые кольцевые супермаховики.

Такой супермаховик представляет собой кольцо, навитое из высокопрочного волокна и помещенное в вакуумную камеру в форме бублика – тора. Поскольку кольцевой супермаховик лишен центра, в нем наиболее полно реализуются прочностные свойства волокон. Кольцевой супермаховик удерживается в камере в подвешенном состоянии с помощью магнитных опор, размещенных в нескольких местах по окружности. Само кольцо служит ротором мотор — генератора, а те места, в которых стоят обмотки магнитов, статором. Это упрощает отбор энергии и зарядку супермаховика.

Если сравнивать кольцевой супермаховик со стальным маховиком из самой прочной стали, плотность энергии кольцевого супермаховика в 2 – 3 раза больше и достигает 0,5МПА на килограмм массы. Потери на вращение у него в 50 – 100 раз меньше, чем у стального. Так как отсутствуют самые большие потери – потери на трение в подшипниках. Опыт показал, что для супермаховиков, кроме прочности и размеров решающее значение имеет их масса.

Как ни парадоксально, но чем легче супермаховик, тем лучше. Плотность энергии маховика определяется удельной прочностью, то есть отношением прочности к удельному весу материала. Поэтому в качестве материала маховика выберем борное волокно, как наиболее выгодное по показателю удельной прочности.

Чтобы сравнить их прочностные и деформативные характеристики и определить оптимальный материал для изготовления маховика, в программе Solid Works была спроектирована модель маховика. Эта модель была закреплена так, как это делается в реальных условиях (за центральное отверстие маховика) и нагружена так, что бы происходило прокручивание. Ниже, на рисунках 2-6 указано распределение напряжений и смещений в маховике, выполненном из обычной стали и из борного волокна.

Рисунок 2 – Маховик, спроектированный в программе SolidWorks.

Рисунок 3 – Распределение напряжений Рисунок 4 – Распределение перемещений Рисунок 5 – Распределение напряжений Рисунок 6 – Распределение перемещений в в маховике из инструментальной стали маховике из инструментальной стали.

Из данного исследования можно сделать вывод, что маховик изготовленный из борного волокна лучше претерпевает данные нагрузки, чем инструментальная сталь. Масса маховика изготовленного из борного волокна значительно легче, а соответственно и лучше в момент эксплуатации.

Если сравнивать маховик из борного волокна со стальным маховиком из самой прочной стали, то выявится следующее. Плотность энергии борного маховика в 2-3 раза больше и достигает 0,5 МДж на килограмм массы. Потери на вращение у него в 50-100 раз меньше, чем у стального, в связи, с чем его свободное вращение достигает 750, а в перспективе – 12 тысяч часов. То есть такой маховик будет вращаться без остановки суток, или полтора года.

Список использованной литературы:

1. Чумак.Н.Г – Материалы и технология машиностроения: 2. Базаров. Б.М – Основы технологии машиностроения 3. Колесов. Н.С – Материаловедение и технология конструкционных материалов:

Пер. с японск.– М.: Мир, 1982.–232с., ил.

4. http://avto-blogger.ru/chto-takoe-v-avtomobile/chto-takoe-maxovik.html

СТРИНГЕРЫ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Еланцев Е.В. – студент группы ПКМ-01, науч. рук. Головина Е.А – доцент, к.т.н.

Алтайский государственный университет им. И. И. Ползунова Композиционные материалы (КМ) занимают далеко не последнее место в современной технике. Замена классических материалов композиционными, в определенных условиях, позволяет снизить массовые характеристики, повысить прочность и жесткость, продлить срок службы изделий [1]. Крупнейшей областью применения КМ является аэрокосмическая техника. Их используют для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов (ЛА). Снижение материалоемкости позволяет снизить затраты горючего, увеличить дальность полета, снизить монтажные работы. По известным данным [1], «снижение массы изделия на 1 кг дает экономию (в долл. США): для самолетов 150, вертолетов 300, ракет и спутников 10000, сложных космических аппаратов до 50000».

При строительстве ЛА важным является обеспечение оптимального соотношения между весом, прочностью и жесткостью. Можно снизить массу крыла посредством замены металлических стрингеров на композитные. Главным недостатком металлических стрингеров является расходы на механическую обработку при изготовлении. Использование композитных стрингеров позволяет управлять структурой материала, размерами, не привязываясь к сортаменту [4].

Стрингер – это продольный подкрепляющий элемент обшивки крыла, воспринимающий местные нагрузки, а также продольные силы при общем изгибе [6].Основная задача стрингера – это передача местных нагрузок на нервюру. Элемент крыла со стрингером изображен на рисунке 1 [4].

Классическими материалами, из которых изготавливают стрингеры, являются сплавы алюминия, титана. С помощью программного комплекса SolidWorks были проведены модельные исследования стрингеров из сплава B-1469-T1 и однонаправленного углепластика (УП) на основе эпоксидного связующего марки HMS(62%). Свойства этих материалов представлены в таблице 1 [2].

Таблица 1 – Свойства материалов