Скачать статью в pdf.

УДК 004.4:631.316

DOI: 10.15507/0236-2910.028.201803.366-378

Моделирование, изучение и изготовление стойки культиватора из композитных материалов

Антибас Имад Ризакалла
доцент кафедры «Основы конструирования машин», ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (344000, Россия, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), кандидат технических наук, ResearcherID: O-4789-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8141-9529, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Дьяченко Алексей Геннадьевич
доцент кафедры «Основы конструирования машин», ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет» (344000, Россия, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1), кандидат технических наук, ResearcherID: O-4796-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9934-4193, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. До настоящего времени композитные материалы не были широко распространены в народном хозяйстве, особенно в сельском. В связи с этим актуально их применение для изготовления отдельных деталей сельскохозяйственной техники, например, стоек культиваторных лап, часто ломающихся из-за концентрации напряжения в местах изменения их толщины при выполнении пахотных работ. Эти напряжения можно уменьшить, повысив надежность работы стоек, если использовать для их изготовления композитные материалы.
Материалы и методы. В исследовании применялись композитные материалы для изготовления культиваторных стоек и изучения их свойств при соответствующем подборе объемного соотношения волокон в каждом из слоев ткани и связующего материала. Получение опытным путем молекулярного соотношения волокон ткани и связующего слоя послужило исходным материалом для проектировочных расчетов и дало возможность использовать шаблонный метод для набора слоя.
Результаты исследования. Был получен расчетный коэффициент безопасности, равный 2. Следует отметить, что были изменены значения механических характеристик материала из-за наличия в материале пористости, коэффициент которой оказался равен 11,6 %, тогда как допустимое значение – 4 %. Полевые испытания показали долговечность изготовленной из композитных материалов стойки (даже при тяжелых условиях работы) по сравнению с обычной стойкой, выполненной из легированной стали.
Обсуждение и заключения. В результате исследования механического поведения геометрической модели стойки и моделирования ее материала, обладающего высокими механическими свойствами и впоследствии использованного для производства композитного материала, было достигнуто минимальное значение коэффициента безопасности – 4 (при максимальном коэффициенте безопасности для работников 15). Также была доказана экономическая целесообразность производства стоек из композитных материалов как менее дорогого, чем при использовании традиционных материалов – сталей.

Ключевые слова: композитный материал, стекло, полиэстер, культиватор, стойка культиватора, стойка из композитных материалов, производство композитных материалов

Для цитирования: Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Моделирование, изучение и изготовление стойки культиватора из композитных материалов // Вестник Мордовского университета. 2018. Т. 28, № 3. С. 366–378. DOI: https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201803.366-378

Благодарности:Работа выполнена в рамках инициативной НИР. Выражаем благодарность университету г. Алеппо (Сирия) за помощь, которая была оказана нам в проведении практических испытаний, а также преподавателям кафедры «Сельско-хозяйственного машиностроения» данного университета.

Заявленный вклад соавторов: И. Р. Антибас – научное руководство, постановка задачи, определение методологии исследования; сбор и анализ аналитических и практических материалов по теме исследования, критический анализ и доработка решения; компьютерная реализация решения задачи. А. Г. Дьяченко – постановка задачи, анализ научных источников по теме исследования, критический анализ и доработка текста.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 23.01.2018; принята к публикации 10.04.2018; опубликована онлайн 20.09.2018

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Hosseinzadeh R., Shokrieh M. M., Lessard L. B. Parametric study of automotive composite bumper beams subjected to low-velocity impacts // Composite Structures. 2005. Vol. 68, Issue 4. P. 419–427.

2. Corum J. M., Battiste R. L., Ruggles-Wrenn M. B. Low-energy impact effects on candidate automotive structural composites // Composites Science and Technology. 2003. Vol. 63, Issue 6. P. 755–769.

3. Thomason J. L. Micromechanical parameters from macromechanical measurements on glass-reinforced polybutyleneterephtalate // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002. Vol. 33, Issue 3. P. 331–339.

4. Lee N. J., Jang J. The effect of fibre-content gradient on the mechanical properties of glass-fibremat/ polypropylene composites // Composites Science and Technology. 2000. Vol. 60, Issue 2. P. 209–217.

5. Meraghni F., Desrumaux F., Benzeggaghb M. L. Implementation of a constitutive micromechanical model for damage analysis in glass mat reinforced composite structures // Composites Science and Technology. 2002. Vol. 62, Issue 16. P. 2087–2097.

6. The influence of fiber treatment on the performance of coir-polyester composites / J. Rout [et al.] // Composites Science and Technology. 2001. Vol. 61, Issue 9. P. 1303–1310.

7. Netravali A. N., Chabba S. Composites get greener // Materials Today. 2003. Vol. 6, Issue 4. P. 22–29.

8. Davies P., Petton D. An experimental study of scale effects in marine composites // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 1999. Vol. 30, Issue 3. P. 267–275.

9. Richardson M., Zhang Z. Nonwoven hemp reinforced composites // Reinforced Plastics. 2001. Vol. 45, Issue 4. P. 40–44.

10. Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Определение характеристик компонентов композитных материалов, предназначенных для производства деталей сельскохозяйственной техники // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. Т. 17, № 3 (90). С. 155–163.

11. Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Влияние содержания древесного дисперсного наполнителя на долговечность композиционных материалов // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. Т. 17, № 1 (88). С. 67–74.

12. Kharmanda G. The safest point method as an efficient tool for reliability-based design optimization applied to free vibrated composite structures // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. Т. 17, № 2 (89). С. 46–55.

13. Reliability based design optimization for multiaxial fatigue damage analysis using robust hybrid method / A. Yaich [et al.] // Journal of Mechanics. 2017. P. 1–16.

14. Du X., Chen W. Sequential optimization and reliability assessment method for efficient probabilistic design // Journal of Mechanical Design. 2004. Vol. 126, Issue 2. P. 225–233.

15. Reliability-based design optimization of computation-intensive models making use of response surface models / Steenackers G. [et al.] // Quality and Reliability Engineering International. 2011. Vol. 27, Issue 4. P. 555–568.

16. Lopez R. H., Beck A. T. Reliability-based design optimization strategies based on FORM : a review // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2012. Vol. 34, no. 4. P. 506–514.

17. Kharmanda G., Antypas I. Integration of reliability concept into soil tillage machine design // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. T. 15, № 2 (81). С. 22–31.

18. Ibrahim M. H., Kharmanda G., Charki A. Reliability-based design optimization for fatigue damage analysis // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol. 76, Issue 5–8. P. 1021–1030.

19. Antibas I. R., Dyachenko A. G. Evaluation of soil force of resistance to penetration with the use of new design of penetrometer’s probe tip // International Journal of Environmental and Science Education. 2016. Vol. 11, Issue. 18. P. 10941–10950.

20. Антибас И. Р., Дьяченко А. Г. Технические параметры модифицированной сеялки для высева зерновых культур в тяжелые по механическому составу почвы // Вестник Донского государственного технического университета. 2015. Т. 15, №. 3 (82). С. 81–88.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.