Выбор критерия конструкционной прочности неоднородного кварцевого стержня на основе натурных и вычислительных экспериментов
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.1.9Ключевые слова:
критерии прочности, конструкционная прочность, натурный эксперимент, кварцевые стекла, метод конечных элементовАннотация
Рассматривается проблема оценки прочностных свойств конструкций из неоднородно легированных кварцевых стекол на примере силового цилиндрического стержня, являющегося элементом заготовки для вытяжки оптического волокна типа «Panda». Методика разработки критериев для этих целей основана на сочетании вычислительных и натурных экспериментов. В этом случае критериальные характеристики косвенно принимают во внимание множество факторов, сложно поддающихся описанию и влияющих на прочность; среди них: масштабный фактор, неоднородность легирования, разброс физико-механических свойств, влияние технологических операций на качество обработки поверхностей; формирование поверхностных и внутренних дефектов; технологические остаточные напряжения и другое. Для проверки прочности изделия последовательно решены следующие задачи: численно найдены технологические остаточные напряжения в готовых стержнях с учетом неоднородности термомеханических характеристик; проведены натурные испытания по нагружению серии стержней до разрушения по схеме трехточечного изгиба; выполнено численное прогнозирование напряженно-деформированного состояния стержней (включающего остаточные напряжения) в условиях эксперимента на разрушение; проанализированы расчетные поля напряжений и деформаций в стержне, соответствующие действию разрушающей нагрузки, замеренной в натурном эксперименте. В результате получено, что в качестве критерия конструкционной прочности неоднородно легированного кварцевого стержня можно использовать критерий максимальных главных деформаций, который дает достаточно хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. У заготовки для силового стержня оптического волокна определена конкретная величина предельной растягивающей деформации, а также внутри стержня установлена зона возникновения максимальных деформаций (на границе легированной области и области чистого кварца), которая служит источником начала и развития системы трещин в заготовке.
Скачивания
Библиографические ссылки
Пух В.П., Байкова Л.Г., Киреенко М.Ф., Тихонова Л.В., Казанникова Т.П., Синани А.Б. Атомная структура и прочность неорганических стекол // ФТТ. - 2005. - Т. 47, № 5. - С.850-855. DOI
2. Kurkjian С.R., Gupta P.K., Brow R.K., Lower N. The intrinsic strength and fatigue of oxide glasses // J. Non-Cryst. Solids. - 2003. - Vol. 316, no. 1. - С. 114-124. DOI
3. Солнцев С.С., Морозов Е.М. Разрушение стекла. - M.: Изд-во ЛКИ, 2008. - 152 с.
4. Пух В.П. Прочность и разрушение стекла. - Л.: Наука, 1973. - 155 с.
5. Бартенев Г.М. Сверхпрочные и высокопрочные неорганические стекла. - М.: Стройиздат, 1974. - 240 с.
6. Хиллиг У.Б. Причины низкой прочности и предельная прочность аморфных хрупких тел // Прочность стекла / Под ред. В.А. Степанова. - М.: Мир, 1969. - С. 68-120
7. Подстригач Я.С., Осадчук В.А., Марголин А.М. Остаточные напряжения, длительная прочность и надежность стеклоконструкций / АН УССР, Ин-т прикл. проблем механики и математики. - Киев: Наукова думка, 1991. - 294 с.
8. Бутаев А.М. Прочность стекла. Ионнообменное упрочнение. - Махачкала: Изд-во ДГУ, 1997. - 253 с.
9. Мазурин О.В., Стрельцина М.В., Швайко-Швайковская Т.П. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов: Справочник, в 4-х т. - Л.: Наука, 1973-1987.
10. http://www.sciglass.info (дата обращения: 04.03.2016).
11. Trufanov A.N., Smetannikov O.Y., Trufanov N.A. Numerical analysis of residual stresses in preform of stress applying part for PANDA-type polarization maintaining optical fibers // Opt. Fiber Technol. - 2010. - Vol. 16, no. 3. - P. 156-161. DOI
12. Труфанов А.Н., Наймушин И.Г. О модели термомеханического поведения кварцевых стекол и конструкций из них // Вестник ПГТУ. Механика. - 2010. - № 3. - С. 85-99.
13. Бартенев Г.М. Строение и механические свойства неорганических стекол. - М.: Стройиздат, 1966. - 216 с.
14. Леко В.К., Мазурин О.В. Свойства кварцевого стекла. - Л.: Наука, 1985. - 166 с.
15. Бате К.-Ю. Методы конечных элементов. - М.: Физматлит, 2010. - 1024 с.
16. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. - М.: Наука, 1975. - 576 с.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2016 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.