Скачать статью в pdf.

УДК 620.22-419.8:620.178.7

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202002.268-286

Повышение стойкости к ударным воздействиям композитных узлов сельхозмашин применением упруговязкопластичных жидкостей

Астахов Михаил Владимирович
профессор кафедры колесных машин и прикладной механики Калужского филиала ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана» (248600, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, д. 2), доктор технических наук, Publons ID: https://publons.com/researcher/3506719/mikhail-astakhov/, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8675-1611, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Славкина Екатерина Викторовна
ассистент кафедры колесных машин и прикладной механики Калужского филиала ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана» (248600, Россия, г. Калуга, ул. Баженова, д. 2), Researcher ID: https://publons.com/researcher/3500176/ekaterina-slavkina, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5889-5957, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Применение композитных материалов в сельскохозяйственном машиностроении известно как один из зарекомендованных способов снижения массы конструкции и защиты от коррозии. К основным недостаткам таких изделий можно отнести их низкую стойкость к ударным нагрузкам, возникающим во время эксплуатации. Целью данной работы является разработка стеклокомпозитной многослойной конструкции борта прицепа, способной выдерживать наряду со статически приложенными силами ударные нагрузки без включения дополнительных армирующих металлических элементов в зоны предполагаемых ударов.
Материалы и методы. Для повышения ударопрочности изделия после проведенного анализа современных конструкторских решений предложено применение упруговязкопластической неньютоновской жидкости на основе полисиликона путем введения в силовой элемент в качестве дополнительного слоя с целью компенсации ударных воздействий.
Результаты исследования. На основании проведенного лабораторного тестирования с применением статистической обработки полученных данных определены основные механические характеристики неньютоновской жидкости (полисиликона) при испытаниях на удар (плотность, коэффициент Пуассона, модуль Юнга, модуль сдвига), построены графики полученных зависимостей. Температура исследуемых образцов полисиликона не оказывала значительного влияния на их механические свойства. Установлено: начиная со значения относительной деформации 0,042, за время удара полисиликон проявляет линейно-упругие свойства.
Обсуждение и заключение. На основании полученных механических характеристик сделаны выводы о стойкости к ударным нагрузкам полисикона как составной части элемента борта прицепа. Предложен вариант компоновки конструктивного решения борта прицепа как многослойного сэндвич-элемента с внешними частями из полимерного композитного материала с внутренним наполнением стеклопластиковыми сотами и полисиликоном, помещенным в крупные ячейки.

Ключевые слова: ударная нагрузка, испытания на ударный изгиб, сэндвичевая композитная конструкция, полисиликон, дилатантная жидкость, полимерный композитный материал, ударная вязкость

Для цитирования: Астахов, М. В. Повышение стойкости к ударным воздействиям композитных узлов сельхозмашин применением упруговязкопластичных жидкостей / М. В. Астахов, Е. В. Славкина. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202002.268-286 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 2. – С. 268–286.

Заявленный вклад соавторов: М. В. Астахов – постановка задачи, научное руководство, обсуждение результатов, анализ литературных источников; Е. В. Славкина – изготовление образцов, проведение лабораторных испытаний, статистическая обработка данных.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 13.11.2019; принята к публикации 16.12.2019;
опубликована онлайн 30.06.2020

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Патент № 1745600 СССР, МПК B62D 33/027, B62D 29/04. Откидной борт платформы грузового транспортного средства : заявл. 28.02.1990 : опубл. 07.07.1992 / Астахов М. В., Дикарев В. В., Русый Е. В.; патентообладатель Украинский институт инженеров водного хозяйства.

2. Karaduman, N. S. Textile Reinforced Structural Composites for Advanced Applications / N. S. Karaduman, Y. Karaduman, H. Ozdemir [et al.] // Textiles for Advanced Applications. – 2017. – URL: https://www.intechopen.com/books/textiles-for-advanced-applications/textile-reinforced-structural-composites-for-advanced-applications (дата обращения: 14.04.2020).

3. Mavhungu, S. T. Aluminum Matrix Composites for Industrial Use: Advances and Trends / S. T. Mavhungu, E. T. Akinlabi, M. A. Onitiri [et al.]. – DOI 10.1016/j.promfg.2016.12.045 // International Conference on Sustainable Materials Processing and Manufacturing, SMPM. – 2017. – Vol. 7. – Pp. 178–182. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2351978916302086?via%3Dihub (дата обращения: 14.04.2020).

4. Becenen, N. Mechanical Properties of Plastic Matrix Composite Materials Used in Tractor Bonnets / N. Becenen, B. Eker, M. Sahin. – DOI: 10.1177/0731684410386990 // Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2010. – Vol. 29, Issue 24. – Pp. 3637–3644. – URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0731684410386990 (дата обращения: 14.04.2020).

5. Misirli, C. An Investigation on Plastic Matrix Composite Materials / C. Misirli, N. Becenen, M. Sahin. – DOI 10.4028/www.scientific.net/AMM.555.406 // Applied Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 555. – Pp. 406–412. – URL: https://www.scientific.net/AMM.555.406 (дата обращения: 14.04.2020).

6. Valasek, P. Epoxy Resin Filled with Primary and Secondary Raw Material – Useable in Agriculture // P. Valasek, J. Kejval, M. Muller. – DOI 10.17221/23/2013-RAE // Research in Agricultural Engineering. – 2014. – Vol. 60, Issue 4. – Pp. 165–171. – URL: https://www.agriculturejournals.cz/web/rae.htm?volume=60&firstPage=165&type=publishedArticle (дата обращения: 14.04.2020).

7. Сорокина, И. И. Перспективы применения полимерных композитных материалов с добавлением нанокристаллических порошков оксида алюминия в конструировании и ремонте сельскохозяйственной техники / И. И. Сорокина, М. В. Астахов // Труды ГОСНИТИ. – 2012. – Т. 109, № 1. – С. 9–13.

8. Vaidya, U. Composites for Automotive, Truck and Mass Transit / U. Vaidya. – Lancaster : DEStech Publications, 2011. – 419 p. – ISBN 978-1-932078-79-4. – URL: https://www.researchgate.net/publication/288004403_Composites_for_Automotive_Truck_and_Mass_Transit (дата обращения: 14.04.2020).

9. Figlus, T. Impact of Application of Selected Composite Materials on the Weight and Vibroactivity of the Upper Gearbox Housing / T. Figlus, M. Koziol, L. Kuczynski. – DOI 10.3390/ma12162517 // Materials. – 2019. – Vol. 12, Issue 16. – Pp. 2517. – URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/12/16/2517 (дата обращения: 14.04.2020).

10. Cross, R. Elastic and Viscous Properties of Silly Putty // R. Cross. – DOI 10.1119/1.4732086 // American Journal of Physics. – 2012. – Vol. 80, Issue 10. – Pp. 870–875. – URL: https://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.4732086 (дата обращения: 14.04.2020).

11. Cross, R. Elastic Properties of Plasticine, Silly Putty, and Tennis Strings / R. Cross. – DOI 10.1119/1.4767481 // The Physics Teacher. – 2012. – Vol. 50, Issue 9. – Pp. 527–529. – URL: https://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.4767481 (дата обращения: 14.04.2020).

12. Golinelli, N. Mechanical Behavior of Magnetic Silly Putty: Viscoelastic and Magnetorheological Properties / N. Golinelli, A. Spaggiari, E. Dragoni. – DOI 10.1177/1045389X15591655 // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. – 2017. – Vol. 28, Issue 8. – Pp. 953–960. – URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1045389X15591655 (дата обращения: 14.04.2020).

13. Boland, C. S. Sensitive Electromechanical Sensors Using Viscoelastic Graphene-Polymer Nanocomposites / C. S. Boland, U. Khan, G. Ryan [et al]. – DOI 10.1126/science.aag2879 // Science. – 2016. – Vol. 354, Issue 6317. – Pp. 1257–1260. – URL: https://science.sciencemag.org/content/354/6317/1257 (дата обращения: 14.04.2020).

14. Астахов, М. В. Применение тонкостенных конструкций в сельскохозмашиностроении / М. В. Астахов // Тракторы и сельхозмашины. – 2003. – № 7. – С. 25–27.

15. Астахов, М. В. Композиционные материал в сельскохозяйственном машиностроении / М. В. Астахов, Т. В. Таганцев // Тракторы и сельхозмашины. – 2004. – № 9. – С. 42–44.

16. Патент № 182601 Российская Федерация, МПК F16B. Крепежный элемент для соединения деталей из слоистых полимерных композиционных материалов на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол с металлическими частями конструкции : заявл. 11.05.17 : опубл. 23.08.18 / Астахов М. В. [и др.] ; заявитель и патентообладатель Астахов М. В., Сорокина И. И., Грачева Е. В. – 6 с.

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.