Нахождение остаточных напряжений и деформаций при формировании трехслойной полусферической оболочки из стеклометаллокомпозита

О.Н. Васильева , В.В. Пикуль (Владивосток)

Стекло и стеклокерамика по показателям удельной прочности на сжатие и удельной жесткости намного превосходят такие конструкционные металлы, как сталь, алюминиевые и титановые сплавы. Однако стекломатериалы обладают низкой прочностью на растяжение, низкой контактной прочностью, очень чувствительны к концентрации напряжений и ударным нагрузкам, что практически сводит на нет их достоинства. Существенное повышение ударостойкости является ключевой проблемой на пути практического использования стекла и стеклокерамики в конструкциях ответственного назначения.

Новый способ изготовления оболочек прочного корпуса из стеклометаллокомпозита позволяет надеяться на полное решение выше указанных проблем [1]. Стекломатериал входит в состав трехслойного композита, в котором он находится в виде слоя между растянутыми обшивками из металлов. Обжатие стекломассы осуществляется за счет более интенсивного сокращения размеров металлических обшивок при остывании композита. Мера обжатия регулируется разницей в коэффициентах температурного расширения слоев композита путем специальных добавок в жидкую фазу стекломассы [2].

В нашей работе мы представляем математическую модель процесса формирования полусферической оболочки из стеклометаллокомпозита. Полусферическая оболочка состоит из наружных металлических обшивок, внутри которых размещена стекломасса. Подготовленные заранее полусферические металлические облицовки устанавливаются в форму, нагреваются до температуры, обеспечивающей надежное соединение со стекломассой, в пространство между ними заливается расплав стекломассы, после чего происходит остывание всей композиции. Поскольку потери тепла при остывании композита намного превосходят то количество теплоты, которое образуется при его деформировании, общая задача деформирования композитной оболочки является несвязной задачей и решается отдельно сначала температурная задача, а затем деформационная.

Нам требуется определить тепловой режим изготовления стеклометаллокомпозита и найти остаточные напряжения после его полного остывания. Все уравнения и условия в данной модели записываются в сферической системе координат.

 

1. Патент РФ № 2067060. Способ изготовления оболочки прочного корпуса подводного аппарата. Пикуль В.В.// Бюл.изобр. 1996. №27.

2. Пикуль В.В. Перспективы создания слоистого композита на основе стекломатериалов// Перспективные материалы. 1999. №1.