Розробка розміростабільних схем багатошарових трубопроводів і циліндричних посудин тиску з вуглепластиків

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150027

Ключові слова:

композити, вуглепластики, вуглецеві волокна, схеми армування, конструкції трубопроводів, розміростабільність, пружні деформації

Анотація

В рамках безмоментної теорії циліндричних тонких оболонок досліджено пружне деформування багатошарових труб і посудин тиску. Передбачається, що труби і посудини тиску виконані перехресної спіральної намотуванням армованої стрічки з вуглепластика на металеву оправлення.

Виконано аналіз залежностей пружних деформацій від кутів армування. Отримано співвідношення для осьових і окружних деформацій стінки в залежності від структури пакета шарів, кутів армування при статичному навантаженні. Розглянуто відокремлена і комбінована дія внутрішнього тиску і температури. Для відокремленої дії навантажень побудовані графіки залежностей деформацій від кута намотування.

Досліджено композитні труби, виготовлені з вуглепластика KМУ-4Л, а також складові метало-композитні труби. Результати, отримані для теплових навантажень, добре узгоджуються з даними відомого експерименту і рішення. Залежно від параметрів навантажень визначені композитні та метало-композитні структури з розміростабільними властивостями.

Показано, що розміростабільні структури можуть бути використані для вирішення проблеми компенсації пружних деформацій трубопроводів. З цією метою за допомогою програмного комплексу ASCP виконаний варіантний аналіз модельної конструкції. Шляхом порівняльного аналізу трьох варіантів конструкції отримані структури пакетів шарів і схеми армування, щоб забезпечити значне зниження навантажень на опорні елементи. На прикладі трубопроводу з протікаючою рідиною показано, що застосування розміростабільних багатошарових труб дозволяє виключити деформації вигину і помітно знизити рівень робочих зусиль і напружень.

Розміростабільні багатошарові труби з композитів відкривають нові підходи до проектування трубопроводів і посудин під тиском. З'являються можливості створення конструкцій з наперед заданими (не обов'язково нульовими) полями переміщень, узгодженими з полями початкових технологічних переміщень, а також з переміщеннями сполучених пружних елементів і устаткування при зміні режиму роботи. Область застосування подібних конструкцій не обмежується «гарячими» трубами. Отримані результати можуть знайти застосування в кріогенній техніці

Біографії авторів

Yurii Loskutov, Volga State University of Technology Lenina ave., 3, Yoshkar-Ola, Russia, 424000

PhD, Associate Professor

Departament of Strength of Materials and Applied Mechanics

Alex Baev, Volga State University of Technology Lenina ave., 3, Yoshkar-Ola, Russia, 424000

PhD, Associate Professor

Department of radio engineering and biomedical systems

Leonid Slavutskii, Chuvash State University named after I. N. Ulyanov Moscowskiy ave., 15, Cheboksary, Russia, 428015

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

Department of Automation and Control in Technical Systems

Gubeydulla Yunusov, Mari State University Lenina sq., 1, Yoshkar-Ola, Russia, 424000

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of mechanization of production and processing of agricultural products

Michael Volchonov, Kostroma State Agricultural Academy Training Town, 34, Karavaevo village, Kostroma region, Russia, 156530

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of technical systems in agro-industrial complex

Vladimir Medvedev, Chuvash State Agricultural Academy K. Marksa str., 29, Cheboksary, Russia, 428000

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of transport-technological machines and complexes

Petr Mishin, Chuvash State Agricultural Academy K. Marksa str., 29, Cheboksary, Russia, 428000

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of transport-technological machines and complexes

Sergey Alatyrev, Chuvash State Agricultural Academy K. Marksa str., 29, Cheboksary, Russia, 428000

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor

Department of operation of transport-technological machines and complexes

Petr Zaitsev, Chuvash State Agricultural Academy K. Marksa str., 29, Cheboksary, Russia, 428000

Doctor of Technical Sciences, Professor

Department of mechanization, electrification of automation of agricultural production

Mikhail Loskutov, Volga State University of Technology Lenina ave., 3, Yoshkar-Ola, Russia, 424000

Engineer

Center for Fundamental Education

Посилання

  1. Kulikov, Yu. A. (1993). Zhidkostnye truboprovody: Chislennoe issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya, inducirovannogo stacionarnym vnutrennim potokom. Raschety na prochnost', 33, 119–131.
  2. Li, R., Cai, M., Shi, Y., Feng, Q., Liu, S., Zhao, X. (2016). Pipeline Bending Strain Measurement and Compensation Technology Based on Wavelet Neural Network. Journal of Sensors, 2016, 1–7. doi: https://doi.org/10.1155/2016/8363242
  3. Solomonov, Yu. C., Georgievskiy, V. P., Nedbay, A. Ya., Andryushin, V. A. (2014). Prikladnye zadachi mekhaniki kompozitnyh cilindricheskih obolochek. Moscow: FIZMATLIT, 408.
  4. Vasiliev, V. V., Gurdal, Z. (1999). Optimal Design: Theory and Application to Materials and Structures. CRC Press, 320.
  5. Zinov'ev, P. A.; Vasil'ev, V. V., Protasov, V. D. (Eds.) (1992). Termostabil'nye struktury mnogosloynyh kompozitov. Mekhanika konstrukciy iz kompozicionnyh materialo. Moscow, 193–207.
  6. Slyvynskyi, I., Sanin, А. F., Kondratiev, A., Kharchenko, M. (2014). Thermally And Dimensionally Stable Structures Of Carbon-Carbon Laminated Composites For Space Applications. 65th International Astronautical Congress. Toronto, Canada. Available at: https://www.researchgate.net/publication/295549483_THERMALLY_AND_DIMENSIONALLY_STABLE_STRUCTURES_OF_CARBON-CARBON_LAMINATED_COMPOSITES_FOR_SPACE_APPLICATIONS
  7. Bitkin, V. E., Zhidkova, O. G., Komarov, V. A. (2018). Сhoice of materials for producing dimensionally stable load-carrying structures. VESTNIK of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 17 (1), 100–117. doi: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-1-100-117
  8. Kulikov, Yu. A., Loskutov, Yu. V. (2000). Razmerostabil'nye konstrukcii cilindricheskih sosudov davleniya i truboprovodov iz mnogosloynyh kompozitov. Mekhanika kompozicionnyh materialov i konstrukciy, 6 (2), 181–192.
  9. Datashvili, L. (2010). Multifunctional and dimensionally stable flexible fibre composites for space applications. Acta Astronautica, 66 (7-8), 1081–1086. doi: https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2009.09.026
  10. Smerdov, A. A., Tairova, L. P., Timofeev, A. N., Shaydurov, V. S. (20060. Metodika proektirovaniya i eksperimental'noy otrabotki razmerostabil'nyh trubchatyh sterzhney iz ugleplastika. Konstrukcii iz kompozicionnyh materialov, 3, 12–23.
  11. Aydin, L., Aydin, O., Artem, H. S., Mert, A. (2016). Design of dimensionally stable composites using efficient global optimization method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 146442071666492. doi: https://doi.org/10.1177/1464420716664921
  12. Evans, P., Dapino, M., Hahnlen, R., Pritchard, J. (2013). Dimensionally Stable Optical Metering Structures With NiTi Composites Fabricated Through Ultrasonic Additive Manufacturing. Volume 1: Development and Characterization of Multifunctional Materials; Modeling, Simulation and Control of Adaptive Systems; Integrated System Design and Implementation. doi: https://doi.org/10.1115/smasis2013-3204
  13. Sairajan, K. K., Nair, P. S. (2011). Design of low mass dimensionally stable composite base structure for a spacecraft. Composites Part B: Engineering, 42 (2), 280–288. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2010.11.003
  14. Spannage, R., Sanjuan, J., Guzmán, F., Braxmaier, C. (2017). Dimensional Stability Investigation of Low CTE Materials at Temperatures From 140 K To 250 K Using a Heterodyne Interferometer. 68th International Astronautical Congress. Available at: https://www.researchgate.net/publication/320945003_DIMENSIONAL_STABILITY_INVESTIGATION_OF_LOW_CTE_MATERIALS_AT_TEMPERATURES_FROM_140_K_TO_250_K_USING_A_HETERODYNE_INTERFEROMETER
  15. Zinov'ev, P. A.; Vasil'ev, V. V., Tarnopol'skiy, Yu. M. (Eds.) (1990). Prochnostnye, termouprugie i dissipativnye harakteristiki kompozitov. Kompozicionnye materialy. Moscow, 232–267.
  16. Arzamasov, B. N., Brostrem, V. A., Bushe, N. A. et. al.; Arzamasov, B. N. (Ed.) (1990). Konstrukcionnye materialy. Moscow: Mashinostroenie.
  17. Loskutov, Yu. V. (2013). Pryamolineyniy konechniy element dlya rascheta kompozitnyh truboprovodov. Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta. Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie, 4 (20), 42–49.
  18. Wang, S., Brigham, J. C. (2012). A computational framework for the optimal design of morphing processes in locally activated smart material structures. Smart Materials and Structures, 21 (10), 105016. doi: https://doi.org/10.1088/0964-1726/21/10/105016

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-10

Як цитувати

Loskutov, Y., Baev, A., Slavutskii, L., Yunusov, G., Volchonov, M., Medvedev, V., Mishin, P., Alatyrev, S., Zaitsev, P., & Loskutov, M. (2018). Розробка розміростабільних схем багатошарових трубопроводів і циліндричних посудин тиску з вуглепластиків. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (96), 32–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150027

Номер

Том 6 № 7 (96) (2018): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Yurii Loskutov, Alex Baev, Leonid Slavutskii, Gubeydulla Yunusov, Michael Volchonov, Vladimir Medvedev, Petr Mishin, Sergey Alatyrev, Petr Zaitsev, Mikhail Loskutov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.