Семинар по имплантации (обсуждение здесь)

[neon]

оперировать техническими терминами буду лишь в меру своих знаний и сопротивление материалов изучал поверхностно, но попытаюсь.

Исходные условия: длинная тонкостенная труба квадратного сечения. Жёстко закрепим один конец, а второй начнём скручивать. Для понимания происходящих процессов угол скручивания сделаем большим, например, 45°:

Snippy0002.jpg

что мы видим? Сразу бросается в глаза неравномерность деформации. С торца труба деформировалась в меньшей степени, чем на определённом удалении. Вот как протекает процесс деформации:

Snippy0003.jpg

Теперь становится понятно, что закрыв торец длинной трубы мы лишь незначительно повлияем на жесткость. Основная деформация приходится на определённом расстоянии от торца. В идеальных условиях она придётся на середину, но никак не на торцы. Также можно сделать вывод, что несколько труб квадратного или прямоугольного сечения, соединённые вместе сваркой на поверхности стыка, хоть и будут иметь большую жёсткость, но она будет далека он идеала, т. к. ничто не мешает деформации стенок труб вовнутрь.

Вот дальше идут различные варианты по увеличению жёсткости. Вот к чему приведёт заполнение внутреннего пространства вспененным алюминием, который обладает очень малой массой и достаточно высокой демпфирующей способностью, т. е. эффективно поглощает вибрацию:

Snippy0004.jpg

Как видим, характер деформации изменился и зона деформации почти в два раза короче.

Дальше можно не изобретать велосипеды и посмотреть наработки по трубобетонным конструкциям, где очень важны удельные характеристики.
Вот некоторые типы композитных конструкций:

Snippy0005.jpg

Есть более сложные варианты, когда внутри трубы формируют не один, а два слоя (больше не целесообразно) из материалов с различными характеристиками.

Можно попробовать внутри трубы квадратного сечения разместить трубу круглого сечения, чтобы они соприкасались стенками, а пустое пространство между этими трубами залить различными материалами. Труба круглого сечения будет очень хорошо воспринимать нагрузки своей поверхностью, которые будет испытывать труба квадратного сечения. На практике мы видим, что оставляют зазор, для того чтобы увеличить объём заполнения, для получения комплексных свойств.

Я ещё предлагаю вот какой вариант, без привязки к материалу наполнения (это отдельная увлекательная тема, которую тоже постараюсь затронуть) — через определённое расстояние в трубе размещать вставки с отверстием или без, в соответствии с внутренним сечением. Оптимальное расстояние между вставками, как я понимаю, должно быть не больше длины одной из сторон трубы, но не больше двойного размера (можете меня поправить).

[Железный дровосек]

Пока не вижу вложений, несколько общих замечаний.

ТКЛР алюминия вдвое выше, чем у стали, чугуна. Такое заполнение алюминием не годится для точной конструкции.
Все ухищрения, которые сделаны внутри трубы для увеличения жесткости теряются по эффективности по сравнению с небольшим увеличением наружного сечения. Ограничения на наружный диаметр не было.
Пока рассматриваем, подтягиваем базовые вещи, где не нужен математический расчет. Более сложным займемся, когда поднимем теоретическую часть. А композиты достаточно сложны, как для расчетов, так и для понимания.
Я запомню этот пост. Его очень желательно восстановить в картинках, поскольку к нему мы вернемся после теорподготовки.

[92rus]

Источник цитаты Его очень желательно восстановить в картинках

С картинками все в порядке. Кстати, очень наглядно.

[neon]

Источник цитаты ТКЛР алюминия вдвое выше, чем у стали, чугуна.

и что? Вы знаете, что при заполнении бетоном трубы в него добавляют добавки, которые при схватывании смеси вызывают расширение бетона и его поджатие, что улучшает характеристики. Расширение бетона также происходит во время эксплуатации, вместо ожидаемой усадки. При этом бетон, которых схватывается в условиях давления, имеет большую прочность. Это по бетону, остальные варианты я пока не рассматриваю, хотя есть очень интересные решения.

Источник цитаты теряются по эффективности по сравнению с небольшим увеличением наружного сечения.

не согласен. Важную роль играет соотношение толщины стенки к диаметру, если труба круглого сечения. По вашим рассуждениям увеличим диаметром и получим консервную банку.

По крайней мере, я показал, что все игры с торцевыми заглушками это очень неэффективный способ для увеличения жесткости, вопреки мнению, которое прозвучало в этой теме. Наглядно я всё показал.

[AnSm]

neon, Я вообще не гуру в теории деформаций, и мне не понятен следующий момент.
На картинках показан лишь характер и угол закручивания детали. Это уже пластическая деформация.
Если я не ошибаюсь, жесткость конструкции измеряется до её возникновения. Только упругая деформация.
И вот интересно получить количественное представление о жесткости в виде приложенного крутящего момента, и соответствующего ему угла поворота при заглушенной трубе и нет.

[neon]

как я понимаю, приложение определённого усилия вызывает ту или иную деформацию. Вот степень этой деформации будет зависеть уже от многих составляющих. Я привёл примеры сильно преувеличенные с точки зрения деформаций, но они дают понимание о том, как и где деформируется труба, чтобы на этом строить дальнейшие логические утверждения. Количественные представления я не могу предоставить.

[AnSm]

Источник цитаты чтобы на этом строить дальнейшие логические утверждения.

Ага... Моё представление в данном случае относИтся к показанным видам деформации, как к сигналу побуждающему к дальнейшему исследованию этого процесса. Деформация стенки трубы с заглушенным концом и открытым, приведет якобы к нарушению геометрии укрепленной на ней станины. Но думаю, что моделирование таких ситуаций лучше проводить в комплексе. То есть с установленной станиной. Это мое предположение .

[T-Duke]

Источник цитаты Это уже пластическая деформация.
Если я не ошибаюсь, жесткость конструкции измеряется до её возникновения. Только упругая деформация.

AnSm, все верно говорит. Показанные деформации не имеют места в станках. Они имеют место при разрушении конструкций, когда сечение утрачивает устойчивость. Мосье неон просто немного широко глянул на вопрос. Здесь речь идет не с точки зрения прочнистов и строителей, а с точки зрения машиностроителей. Вопросы потери устойчивости сечения интересны, но они для другой темы - для темы где конструкции строят, а потом ломают, чтобы выяснять их предельные возможности.

[neon]

понял, что мои примеры справедливы для условий потери устойчивости, а это более чем несколько градусов вращения, чего в реальных станках практически не встречается.

[Железный дровосек]

Именно. И если бы не было бы такой сильной степенной зависимости момента инерции сечения от характерного диаметра, или даже лучше сказать от площади сечения, то потери устойчивости мы бы тоже не наблюдали. Вы продемонстрировали нам развитие процесса, но нужно через формулу момента инерции еще почувствовать как быстро падает сопротивление конструкции постоянному моменту. Почувствовать насколько сильна положительная обратная связь: увеличение деформации => уменьшение момента инерции (за счет деформации) => увеличение деформации и т.д. Нужно физически ощутить скорость роста (падения) степенной функции.
Это особенно актуально для жестких тонкостенных конструкций (оболочек). Там вообще имеется величина деформации или усилия после которого конструкция разрушается катастрофически, почти мгновенно. Может быть вы видели, как схлопываются плохо продутые после слива летучих веществ железнодорожные цистерны под действием атмосферного давления. Ничего не присходит, а потом, хлоп - взрыв внутрь. Железодорожная платформа при этом скручивается в косичку.
То, что продемонстрировал Neon это одна из сторон сильной зависимости жесткости от внешнего сечения, что только подтверждает все мной ранее сказанное. Это иная сторона достижения оптимума жесткость/вес. Теряем устойчивость к деформациям.
Но мы опережаем события. Сейчас мы рассматриваем только упругое приближение. Связь жесткости и прочности это то, где без дифуров нам не обойтись. Моя миссия пока более прозаична. Станки и их жесткость. Это только теория упругости, статика в чистом виде. Там, уверяю вас, только немного алгебры. Вот когда доберемся до колебаний, тогда и ... Но прежде чем понять динамику, надо статику пальцами почувствовать.

Сервер поправили, картинки появились, пойду напишу пару формул.