Проведение исследования напряжённого состояния металлополимерных материалов в условиях контактного нагружения в металлургических машинах

1. Разработана методика по определению разности главных напряжений в полимерных материалах методом фотоупругости.
2. Выполнена наладка и запуск в работу плоско-поляризационной установки ППУ-7.
3. Определена оптическая постоянная образцов изготовленных из эпоксидной смолы ЭД-20, толщиной 6 мм - σ0(1,0)=17 кГ/см2.
4. Проведены экспериментальные исследования напряжённого состояния полимерных образцов в различных вариантах их контактирования и закрепления со стальными поверхностями, имитирующими различные металлополимерные детали и конструкции металлургических машин: Были изготовлены образцы из эпоксидной смолы различных вариантов контактирования и закрепления со стальными поверхностями
1 случай – контакт жёсткого штампа с упругой полуплоскостью;
2 случай – контакт упругого тела с жёсткими полуплоскостями;
3 случай – контакт упругого тела, закреплённого на одной из жёстких полуплоскостей;
4 случай – контакт упругого тела, закреплённого в пазе одной из жёстких полуплоскостей.
5. Выполнен анализ распределения напряжений в плоских образцах и установлены места их максимальных значений.
6. Выполнен теоретический анализ напряжённого состояния полимерных образцов методом полиномов.
7. Установлено, что данные полученные экспериментальным методом фотоупругости в качественном отношении хорошо корелируются с результатами теоретических расчётов.
8. Исследования напряжённого состояния полимерных образцов, выполненное на ПК с помощью программы «SolidWorks 2010» подтвердили характер распределения напряжений полимерных образцов методом фотоупругости.
9. В условиях лаборатории кафедры МОЗЧМ спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для исследования коэффициента трения скольжения покоя типа «наклонная плоскость». Разработана методика и проведены эксперименты по изучению коэффициента трения скольжения образцов из эпоксидной смолы, плексигласа и текстолита.
10. Полученные теоретические и экспериментальные результаты могут служить базой для оценки распределения напряжений в конструкциях защитных устройств металлургических машин с применением металлополимерных материалов.
11. Разработан способ повышения несущей способности конструкций защитных устройств металлургических машин с применением металлополимерных материалов и защищён заявкой на полезную модель.

1 Введение………………………………………………………………..………9
2 Литературный обзор
2.1.  Литературный обзор работ по определению напряжённого
состояния контактирующих тел………………………………………...10
2.2.  Применение программы SolidWorks для исследования
напряжённого состояния……………………………………………..…13
2.3.  Экспериментальные методы исследования напряжённого
состояния…………………………………………………………………14
2.4.  Сущность поляризационно-оптического метода исследования напряжений
2.4.1. Физические основы явления………………………………………18
2.4.2. Явления происходящие в полярископе………………………..…22
3 Теоретическая часть
3.1.  Разработка моделей исследуемых образцов в программе
«SolidWorks 2010»……………………………………………………….30
3.2.  Создание сборки твердотельных моделей…………………………….47
3.3.  Расчёт напряжённого состояния при плоской задаче при помощи программы SolidWorks……………………………………………….….55
3.3.1.  Контакт жёсткого штампа с упругой полуплоскостью………...59
3.3.2.  Контакт упругого тела с жесткими полуплоскостями………......65
3.3.3.  Контакт упругого тела, закреплённого на одной из жёстких плоскостей……………………………………………………………67
3.3.4.  Контакт упругого тела, закреплённого в пазе одной из жёстких плоскостей……………………………………………………………69
3.4.  Расчёт напряжённого состояния при контактировании двух тел (плоская задача)
3.4.1.  Постановка задачи о контакте деталей со значительно отличающимися упругими свойствами…………………………….71
3.4.2. Определение контактных напряжений двух упругих тел при наличии и отсутствии сил трения в контакте
3.4.2.1. Общий случай задачи……………………………………….73
3.4.2.2. Решение задачи контакта двух упругих тел при наличии
сил трения на площадке контакта……………………………...78
3.4.2.3. Решение задачи контакта двух упругих тел при
отсутствии трения на площадке контакта……………………..80
3.4.2.4. Приближённое определение величины областей пластической деформации на контактной поверхности
упругой детали…………………………………………………..82
3.4.3.  Определение компонентов напряжённого состояния упругого тела в полиномах
3.4.3.1. Сжатие незакреплённого упругого тела двумя
плоскостями. Полином 4-й степени и полином 2-й степени....84
3.4.3.2. Сжатие незакреплённого упругого теля двумя
плоскостями. Полином 5-й степени и полином 2-й степени…90
3.4.3.3. Сжатие упругого тела двумя плоскостями, закреплённого на одной из площадок контакта………………………………..93
3.4.3.4. Сжатие упругого тела двумя плоскостями, закреплённого
в пазе одной из жёстких плоскостей…………………………..98
3.4.3.5. Сравнительный анализ компонентов напряжённого состояния, полученных при решении плоской задачи
при помощи полиномов……………………………………….103
4 Экспериментальное исследование напряжённого состояния методом оптически-активных материалов
4.1.  Оборудование для проведения экспериментов
4.1.1.  Конструкция ППУ-7……………………………………………...107
4.1.2.  Универсальный пресс УП-7……………………………………..112
4.2.  Разработка методики проведения экспериментов
4.2.1.  Подготовка ППУ-7 к работе……………………………………..114
4.2.2.  Наладка круговой поляризации…………………………………115
4.2.3.  Наладка УП-7……………………………………………………..116
4.3.  Методики определения разности главных напряжений
4.3.1.  Метод сопоставления цветов……………………………………117
4.3.2.  Метод полос………………………………………………………120
4.3.3.  Метод компенсации……………………………………………...123
4.4.  Определение оптической постоянной образцов……………………..125
4.5.  Результаты экспериментального исследования напряжённого состояния методом оптически-активных материалов
4.5.1. Контакт жёсткого штампа с упругой полуплоскостью………..128
4.5.2.  Контакт упругого тела с жёсткими полуплоскостями…………131
4.5.3.  Контакт упругого тела, закреплённого на одной из жёстких плоскостей…………………………………………………………..134
4.5.4.  Контакт упругого тела, закреплённого в пазе одной из жёстких плоскостей…………………………………………………………..137
5 Экспериментальное исследование коэффициента трения покоя пластмасс со сталью
5.1.  Устройство для определения коэффициента трения………………...141
5.2.  Экспериментальная установка для исследования коэффициента трения…………………………………………………………………....144
5.3.  Методика проведения эксперимента по замеру коэффициента
трения скольжения покоя………………………………………………147
5.4.  Результаты экспериментальных исследований коэффициента
трения……………………………………………………………………149
6 Анализ теоретических и экспериментальных исследований
напряжённого состояния тел плоской задачи теории упругости………..159
7 Охрана труда и безопасность в чрезвычайных ситуациях
7.1.  Охрана труда…………………………………………………………....162
7.2. Гражданская защита……………………………………………………170
8 Заключение………………………………………………………………….177
9 Список литературы…………………………………………………………179
ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………………………...181
ПРИЛОЖЕНИЕ Б………………………………………………………………192
ПРИЛОЖЕНИЕ В………………………………………………………………196
ПРИЛОЖЕНИЕ Г………………………………………………………………207
ПРИЛОЖЕНИЕ Д………………………………………………………………212
ПРИЛОЖЕНИЕ Е………………………………………………………………223
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж……………………………………………………………...239
ПРИЛОЖЕНИЕ И……………………………………………………………...244