Концентрация напряжений
При анализе геометрии изделия из пластмассы особого внимания требуют области концентрации напряжений. Распределение напряжения в изделиях из пластика зависит от таких элементов, как углы и отверстия, а также других разрывов сплошности и неоднородностей геометрической пресс-формы. В таких областях изделия из пластмасс воникают локальные напряжения, которые могут быть во много раз выше, чем напряжения в других его частях. Поэтому значения напряжений, которые прогнозируются исходя из предположения, что изделие из пластика имеет простую геометрическую форму, могут содержать значительные ошибки.
Волнистые поверхности изделия из пластмассы, являются концентраторами напряжений, где и возникают локальные напряжения, по величине превосходящие значения, ранее прогнозируемые на основе классических формул, связывающих напряжение и деформацию. Максимальные напряжения в таких зонах трудно определить теоретически, поэтому проведение экспериментального анализа с использованием прототипов (или предварительного производства изделий) необходимо.
Коэффициент концентрации напряжений (или интенсивность) К определяется как соотношение между истинным максимальным напряжением (пиковое напряжение в области неоднородности) к напряжению, определенному с помощью классических формул (для изделий, имеющих правильную геометрическую форму).
Следует учитывать, что коэффициенты концентрации напряжений для упругих материалов могут быть неприемлемы для более пластичных (или вязкоупругих) материалов.
Другими словами, напряжение в точке в 2,44 раза больше, чем номинальное (рассчитанное) значение, определенное путем деления силы растяжения на минимальное сечение изделия. Аналогичные зависимости могут быть составлены для других изделий, в которых имеются области концентрации напряжений.
Реальное значение коэффициента концентрации напряжений зависит от геометрической формы изделия, от свойств материала и зависимости напряжения от деформации. Поведение многих полимерных материалов характеризуется нелинейным соотношением между напряжением и деформацией при высоких уровнях деформаций. У таких полимеров увеличение значений локальных напряжений в местах концентрации напряжений меньше, чем при тех же условиях у упругого материала .
Коэффициенты концентрации напряжений иногда представляют в графической форме. Коэффициент концентрации напряжений в месте пересечения плоскостей стенок крючка может быть представлен с помощью графика. На графике видно, что увеличение радиуса кривизны в месте пересечения плоскостей стенок уменьшает значение коэффициента концентрации напряжений. Графиками такого типа следует пользоваться осторожно, поскольку слишком большой радиус будет приводить к формированию утяжин (пластмассовое литье , литьё корпусов,мелкое литье), пустот и неравномерной усадке из-за локального увеличения толщины стенок в процессе охлаждения изделия . Слишком большие радиусы кривизны могут также повысить уровни напряжения для очень коротких крючков из-за их влияния на неравномерности толщины балки.
Установлено, что для компромиссного выбора между равномерным распределением напряжений и сохранения равномерной толщины стенок значения радиуса кривизны должны быть равны или больше на 20-40 %, чем значения толщины стенок.
Аналогия с течением расплава
Зоны концентраций напряжения в изделиях (пластмассовое литье) могут быть представлены в виде аналогии с текучей средой. При использовании такого подхода изделие или его часть рассматриваются в качестве сквозного канала, через который проходит идеальная несжимаемая жидкость. Линии течения, которые расположены параллельно друг другу и равномерно распределены в пространстве, формируются под действием напряжений. Области концентрации напряжения выделяются набором таких линий, расстояния между которыми резко меняются на коротком участке. Близко расположенные линии тока обозначают большую скорость течения и более высокое напряжение. Подобный метод показан на примере стержня с надрезом, к которому приложена растягивающая
нагрузка. Стержень с надрезом имеет линии, которые расположены близко к друг другу в области надзреза, обозначая, таким образом, область высокого напряжения. Кроме того, линии течения сходятся близко на относительно коротком участке, обозначающем переходную зону. Малые размеры переходных зон также характеризуют высокие концентрации напряжений. Увеличение радиуса кривизны надреза, не приводит к изменению расстояния между линиями, но увеличивает протяженность зоны перехода, что означает уменьшение концентрации напряжений. На нашем примере видно, что удаление материала из определенных зон может привести к изменению прочности изделия из пластмассы. Добавление материала к стороне, противоположной надрезу, приводит как к возрастанию расстояния между линиями течения, так и протяженности переходной зоны, поэтому прочность изделия из пластмассы в этом месте возрастает. Конструкция может быть подвергнута дальнейшим усовершенствованиям за счет увеличения радиуса кривизны в верхней части надреза, что будет приводить к более равномерному распределению линий течения, а также более равномерному изменению толщины изделия из пластика.
Хотя очевидно, что эффекты концентрации напряжений играют важную роль в условиях статической нагрузки, но они еще более существенны в случаях динамических нагрузок. Небольшие неоднородности, надрезы или дефекты будут понижать предел прочности изделия из пластмассы в условиях динамической нагрузки. Величина концентрации напряжений зависит от геометрической пресформы, места расположения неоднородностей, величины нагрузки и чувствительности материала к надрезу. Чувствительность к надрезу конкретного материала/изделия из пластмасы нелегко предсказать.
Мелкое литье для изделий, которые будут подвергаться динамическим или усталостным нагрузкам, следует изготовить прототип из выбранного для него материала и проверить в условиях ожидаемых механических нагрузок.
Тип опоры
Концы или другие точки испытывающего нагрузки изделия должны быть зафиксированы тем или иным способом. Для того чтобы нагруженное изделие оставалось в равновесии (LF= 0), необходимо, чтобы силами, сохраняющими это равновесие, были силы реакции опоры. Классические формулы для расчета напряжений и изгиба балок, пластин и аналогичных конструкций получены для идеальных опор. В реальных условиях опоры в той или иной степени отличаются от идеальных случаев. Поэтому необходимо сравнить реальную опору изделия с этими идеальными случаями и выбрать формулы, полученные на основе аппроксимации более близкой к реальным условиям. Если особенности изделия из пластмассы таковы, что возможны различные варианты аппроксимации условий закрепления, то рекомендуется проводить несколько вариантов расчетов напряжений и прогибов, включая те, которые описывают наихудшую ситуацию.
Некоторые идеализированные условия закрепления и опоры балок (краев пластин, литье корпусов).
Направляющие
Условия закрепления концов балки или колонны, которые исключают возможность вращения плоскости торца относительно нейтральной оси, по дают возможность смещаться в продольном и поперечном направлениях.
В отечественном литературе принята следующая терминология: простая опора: шарнирно-подвижная; удерживающая — шариирно-неподвижпая; фиксирующая — жесткое защемление (заделка).
Удерживающие опоры
Купить прессформу для опоры, создающие такие условия закрепления, при которых на конце балки или колонны исключается возможность перемещения в продольном и поперечном направлениях краев нейтральной поверхности, но не препятствующих вращению в плоскости изгиба.
Простые опоры
Опоры на концах балки или колонны, исключающие возможность перемещения в поперечном направлении краев нейтральной поверхности, но допускающие вращение и продольное перемещение. Книжная полка, может считаться балкой, расположенной на простых опорах.
Фиксирующие (зажимающие) опоры
Опоры на конце балки или колонны, исключающие возможность вращения и поперечного смещения краев нейтральной поверхности, но допускают продольное смещение. «Влитый» опорный конец крючка, можно считать фиксированной опорой, но при прогибе фиксатора может происходить некоторая деформация стенки, с которой он составляет единое целое (в зависимости от жесткости стенки в этом месте).
12-09-2022
03-03-2021
02-03-2021
17-02-2021
06-04-2020