Оценка надежности изделий, изготовленных из сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов со структурой 3D » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Оценка надежности изделий, изготовленных из сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов со структурой 3D

29.06.2021

Надежность сложных технических систем — это совокупность ряда частных показателей, таких как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Основным показателем надежности считается безотказность системы и ее элементов, определяющая безаварийную эксплуатацию. Применительно к техническим системам и изделиям, изготовленным из CBT УУКМ, при расчете надежности элементов конструкций системы необходимо учитывать как случайный характер внешних или внутренних нагрузок, так и допустимый уровень статических напряжений в CBT УУКМ.

Вероятность безотказной работы (R) конструкции при действии случайных внешних нагрузок может быть определена из условий:

где f(Q1; Q2; ...; Qn) — совместное (зависимое) распределение плотности вероятностей случайных нагрузок; R' — функция надежности конструкций в пространстве внешних нагрузок Q.

Простейшей оценкой высоконадежных композитных конструкций по параметру R' следует считать равенство

где Q2 — множества минимальных путей и сечений дискретной системы; RК — надежность элемента с номером К.

В качестве примера может быть рассмотрен толстостенный полый цилиндр, изготовленный из армированного волокнами углерод-углеродного композиционного материала. Схема армирования пироуглеродной матрицы углеродными волокнами — структура 3D. Пространственно-армированный композиционный материал со структурой армирования типа 3D считается линейно-упругим и подчиняется закону Гука.

Окружные перемещения оболочки цилиндра в расчетах не принимают во внимание.

При проведении расчетов следует учитывать упругий характер деформации углеродного волокна вплоть до его разрушения, а также разброс прочности армирующих волокон.

Используя алгоритм Неймана для структуры подынтегрального выражения равенства (11.34), можно записать

где Q1i; Q2i; ...; Qni — реализации случайных величин Q2, Q2, ..., Qn с заданным законом распределения, которые получены методами статистического моделирования; N — число реализаций.

Решение уравнения (11.36) позволяет свести статическую задачу к последовательности детерминированных краевых задач, которые решаются численными методами.

В этой связи удобно заметить, что применение численных методов решения краевых задач механики и определение надежности конструкции может быть сведено к опенке надежности сложной системы с известным конечным числом элементов конструкции. При этом предполагается, что надежность каждого элемента конструкции системы уже определена.

Точное построение функции надежности для систем, состоящих из большого числа подсистем, исключающих возможность декомпозиции системы (разделение на отдельные составляющие) представляет собой сложную задачу, Для отдельного элемента конструкции, изготовленного из CBT УУКМ, вероятность реализации упрочняющего эффекта волокон в матрице для CBT УУКМ может быть определена по формуле

где l — передаточная длина армирующих волокон в композите, которая определяется из равенства l = 1,15df[(1—VVf)/VVf]VEf/Gm (df — диаметр волокна; Vf — объемная доля волокна; Ef — модуль Юнга волокна; Gm — модуль сдвига матрицы); а, В — параметры уровня формы, определяемые при испытании волокон длиной l0; g — параметр масштабного эффекта прочности волокон.

Используя численные значения параметров, характеризующих материал конструкции, изготовленной из CBT УУКМ со схемой армирования типа 3D и одинаковой плотностью каркаса для каждого из трех направлений, можно рассчитать надежность системы.

Так, при известных численных значениях параметров композиционного материала (E14 = E22; G12; р; V12; Ef; a; g; b; Vf; df; Gm) можно оценить надежность R конструкции в пространстве параметров внешних нагрузок (в качестве параметра внешних нагрузок принимается амплитудное значение импульса внутреннего давления Q = 200 МПа).

Расчеты показывают, что для указанных значений Q надежность толстостенной цилиндрической конструкции, изготовленной из CBT УУКМ, составляет величину 0,996. Полученные значения R свидетельствуют о высокой надежности конструкций, изготовленных из CBT УУКМ, при схеме армирования 3D-пироуглеродной матрицы композита.

Для других схем армирования пироуглеродной матрицы волокнами может быть получена другая величина R. В частности, при осесимметричной схеме армирования конструкции цилиндрической формы надежность конструкции близка к величине 0,999.

Рассмотренные вопросы теории и практики создания высоконагруженных конструкций, изготовленных из сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов, подтверждают высокую надежность и перспективность применения сверхвысокотемпературных углерод-углеродных композиционных материалов при создании перспективных изделий техники, работающих в области высоких и сверхвысоких температур.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: