Главная »Анализ при проектирование пресс-формы

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).