Разработка инновационного проекта всплывающих сооружений при наводнениях

 

ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Финансово-экономический институт

Кафедра экономики и управления производством

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ИННОВАЦИОННОМУ МЕНЕДЖМЕНТУ

Тема: РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННОГО ПРОЕКТА ВСПЛЫВАЮЩИХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ НАВОДНЕНИЯХ

Выполнила: Алексеева Ю.А.

Проверила: к.э.н. Павлова С.Н.

Якутск 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ТЕОРИЯ

.1 Проблемы наводнений в РС(Я)

.2 Поиск новых решений строительства жилых комплексов с плавающими домами

ГЛАВА II. ПРАКТИКА

.1 Эксперимент на стойкость по физико-механическим свойствам базальтового волокна

.2 Расчет базальтового волокна как армирующего материала

.3 Исследование в определении параметров связующего материала для базальтового волокна

.4 Образцы прессования базальтового волокна со связующими компонентами

ГЛАВА III. АНАЛИЗ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - разработка инновационных технологий в области архитектуры и строительства.

Задачи:

1.Осуществление анализа эксплуатации по механизму базальтового волокна в качестве армирующего материала

.Расчеты с учетом эксплуатации по механизму базальтового волокна в качестве армирующего материала

.Эксперимент на стойкость по физико-механическим свойствам с учетом деформационных свойств базальтового волокна как армирующего материала

.Эксперимент на стойкость по физико-механическим свойствам с учетом деформационных свойств базальтового волокна как армирующего материала

.Исследование в определении параметров связующего материала для базальтового волокна

Ãëàâà I. Òåîðèÿ

1.1 Проблемы наводнений в РС(Я)

. Большая часть местностей РС(Я)., расположенных у озер, рек, не защищены от наводнений с помощью дамб, сложных систем насосов и т.д. Поэтому ежегодно происходят затопления многих территорий республики. В связи с этим требуется поиск новых решений строительства жилых комплексов с плавающими домами или домами-амфибиями в регионе.

Данный проект ориентирован на районы ежегодного весеннего подтопления, где аквадома или плавдачи - это разумный и экономичный выход из сложного положения.

1.2 Поиск новых решений строительства жилых комплексов с плавающими домами

Известно изобретение плавучего сооружения, содержащее понтон и модули верхнего строения, отличающееся тем, что понтон выполнен из отдельных водонепроницаемых остойчивых секций, каждая из которых снабжена балластной системой, а между понтоном и верхним строением установлено несущее основание, выполненное из отдельных модулей и присоединенное к секциям понтона разъемными соединениями.

Недостатком изобретения является секционное строение понтонного сооружения, что усложняет конструкцию и делает ее дорогостоящей. А также модульное несущее основание, утяжеляющее конструкцию.

Известно изобретение способа постройки плавучего сооружения с полупогружной платформой и технологической эстакадой, снабженной плавучестью и обеспечивающей возможность ее водного транспортирования.

Данные способы преимущественно используются для технологических работ на открытых водных участках, но при этом не учитываются возможности их применения для жилых сооружений, имеющих механизмы всплытия при наводнениях.

Известно изобретение способа производства плавучего основания для строительства на них сооружений. При этом способ производства плавучего основания предполагает изготовление множества элементов основания, соединенных вместе.

Снижение трудоемкости и материалоемкости данного способа достигается за счет сбора основания плавучих элементов и жестких бетонных элементов на земле или на судне, которое плавает на воде.

Известно изобретение плавучего сооружения для перевозки автомобилей, также для использования этих сооружений в качестве автостоянок или гаражей.

Недостатком данного изобретения является его предназначение для стоянок автомобилей на плавучей платформе, для чего предусматривается совпадение продольной оси автомобилей с перпендикулярной продольной осью плавучего сооружения или располагающихся вдоль этой оси плавучего сооружения.

Известно изобретение плавучего сооружения, предназначенного для возведения и установки на плаву технических строений: жилых домов, гостиниц, бизнес-центров, ресторанов.

Плавучее сооружение представляет собою понтон и модули верхнего строения. Понтон выполнен из отдельных водонепроницаемых остойчивых секций, снабженных балластной системой, а между и верхним строением расположено несущее основание из отдельных модулей, присоединенное к секциям понтона с помощью разъемных соединений с обеспечением устойчивости. Предлагаемая конструкция дает возможности возведения плавучих сооружений любых габаритов, независимо от размеров верфи.

Недостатком данного изобретения является то, что плавучее сооружение доставляется к месту эксплуатации и предназначено для свободного передвижения по водным путям, тогда как в данной работе рассматриваются механизмы и способы всплытия сооружений, стационарно остающихся при наводнениях на том же месте. К тому же разрабатываемое всплывающее сооружение функционирует за счет единого цельного понтона, представляющего собой несущее основание для строения в верхней его части.

В данной работе понтон обеспечивает общую прочность, плавучесть и остойчивость всплывающего сооружения, потому что изготавливается в цельном сборе несущего основания с использованием базальтопластика и предварительно подготовленной площадки с буронабивными сваями для всплытия и удержания на плаву сооружения.

Рассмотренные изобретения плавающих сооружений предназначены для функционирования различных объектов на воде, но не решают проблемы борьбы с наводнениями.

Известен опыт строительства плавающих домов в Испании, расположенных прямо на воде и стоящих подобно баржам вдоль парапета.

Плавающие дома располагаются на бетонных понтонах, поэтому они не подвержены коррозии и срок их службы составляет несколько сотен лет. Бетонный понтон очень мобилен при его установке.

В рамках проблемы чаще всего предлагаются плавучие платформы из нескольких понтонов, которые при необходимости достаточно просто и быстро собираются и демонтируются.

Наиболее близким прототипом для данной работы являются изобретения плавающих «домов-амфибий» в Нидерландах, предназначенных для их размещения на тех участках земли, где происходят морские приливы и отливы и т.д.

Создаются динамичные и статичные конструкции домов («эластичными дома»), которые стоят прямо на бетонном фундаменте, внутрь которого встроен поплавок. При повышении уровня воды такие дома поднимаются на некоторую высоту над землей, при этом скользя по двум шарнирам крепления, которые находятся перед домом и позади него. При этом благодаря системе гибких труб из поливинилхлорида в доме продолжают работать канализация, система подачи газа и электричество.

Технология бетонных понтонов включает в себя сбор одного или нескольких мобильных блоков и установленных на один или несколько бетонных или пластиковых понтонов. Конструкция сооружения позволяет в готовом виде его транспортировать на автомобиле, к месту эксплуатации для монтажа на понтоны. За несколько дней устанавливаются последовательно или вертикально несколько блоков, в результате чего получается сборное сооружение на воде.

Традиционно для плавающих сооружений строятся пластиковые и тяжелые металлические понтоны. Однако в данной работе предлагается базальтопластиковый понтон.

Базальтовые волокна производятся из базальтовых пород. Волокна из базальтовых пород обладают высокой природной исходной прочностью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, долговечностью, электроизоляционными свойствами, производятся из природного, экологически чистого сырья. Поэтому базальтовые волокна имеют необычайную перспективу применения в промышленности, строительстве, энергетике. Базальты являются исходным сырьем для производства непрерывных базальтовых волокон (БНВ), диаметром элементарных волокон 6-21 микрон, длиной 10 и более км; штапельных тонких базальтовых волокон (БТВ), диаметром элементарных волокон 6-12 микрон и длиной 30-60 мм; супертонких базальтовых волокон (БСТВ), диаметром элементарных волокон 1-3 микрона и длиной 50-60 мм; базальтовой чешуи (БЧ), пластинок толщиной 2-5 микрон и площадью 0.5-4 мм2. На основе базальтовых волокон производятся композиционные базальтопластиковые материалы.

Глава II. Практика

плавающий дом базальтовый волокно

Цель работы: Проведение необходимых исследований для проведения эксперимента на стойкость по физико-механическим свойствам с учетом деформационных свойств базальтового волокна как армирующий материал для понтона.

Задачи:

.Провести эксперимент на стойкость по физико-механическим свойствам с учетом деформационных свойств базальтового волокна как армирующего материала.

История освоения промышленного производства непрерывного базальтового волокна составляет около 30 лет. Первые исследования возможностей производства базальтовых волокон были начаты в Советском Союзе, в начале 60-х годов были получены первые образцы БНВ. Промышленные технологии и оборудование для производства БНВ были запущены к средине 80-х годов.

В настоящее время в мире наблюдается огромный интерес к непрерывным волокнам из базальтовых пород. Этот интерес связан с рядом

факторов:

базальтовые волокна обладают характеристиками, по многим показателям превышающими стеклянные волокна;

сырьевая база для производства базальтовых волокон практически не ограничена;

технологические достижения последних лет позволили существенного снизить себестоимость производства БНВ до уровня производства стеклянных волокон.

2.1 Эксперимент на стойкость базальтового волокна как армирующего материала

Методом планирования эксперимента изучили влияние процентного соотношения состава базальтопластика на параметры оптимизации (прочность при разрыве, модуль упругости при сжатии) для изготовления понтона всплывающего сооружения. С этой целью была составлена таблица планирования эксперимента на основе толщины базальтопластика.

Таблица 1 - Таблица планирования эксперимента

№ образцаБазальтовое волокно, %Пластик (Винилэфирная смола), %1751227713379144811558316

На основании составленной таблицы планирования эксперимента были получены 5 образцов базальтопластика размерами Ø50х40 мм. У данных образцов измерялась масса с определением плотности по формуле

V = пи*R2*h=3,14*0,000625 *0,05=0,000098125 м3

Таблица 2.

№ образцаМасса, граммПлотность, кг/м310,1121141,4020,1201222,9230,1251273,8840,1291314,6450,1341365,60Для определения прочности образцов использовалась разрывная машина.

Для определения модуля упругости при сжатии - гидравлический пресс. Образцы испытывались на водопоглощение в течение 24 часов.

Обобщенные результаты расчета физико-механических свойств образцов.

Таблица 3 - Физико-механические свойства образцов

Образец №1Образец №2Образец №3Образец №4Образец №5Разрушающее напряжение при разрыве, МПа750790810840860Модуль упругости, кгс/см²180000174000168000165000160000Водопоглощение, %-----

Заключение: По полученным экспериментальным данным подобран оптимальный состав базальтопластика. Исходя из значений плотности, упругости, прочности, образец №5 обладает более высокими физико-механическими свойствами.

.2 Расчет базальтового волокна как армирующего материала

1. Основные характеристики и преимущества базальтовых волокон

В настоящее время в мире наблюдается огромный интерес к волокнам из базальтовых пород. Этот интерес связан с рядом факторов:

.базальтовые волокна обладают характеристиками по многим показателям превышающими стеклянные волокна и не намного уступающие углеродным волокнам;

.сырьевая база для производства базальтовых волокон доступна и практически не ограничена;

.технологические достижения последних лет позволили существенно снизить себестоимость производства базальтовых волокон.

Известны углеродные волокна, которые достаточно дороги для массового применения в промышленности и строительстве.

Известны также стекловолокна, которые имеют определенные ограничения по прочности, температуре применения, химической стойкости, особенно, в щелочных средах. При производстве стекловолокна используются химически чистые компоненты и особо дефицитный компонент - окись бора (В2О3).

Однако базальтовые волокна по своим показателям занимают промежуточную позицию между этими типами волокон. Базальтовые волокна являются наиболее оптимальными по показателю соотношения цены и качества. В некоторых областях применению базальтовых волокон нет альтернативы.

Преимущества базальтовых волокон:

Высокая прочность. Удельная прочность базальтового волокна в 2.5 раза превышает прочность легированных сталей и в 1.5 раза прочность стекловолокна.

Высокая химическая стойкость. По сравнению с металлом базальтовые волокна не поддаются коррозии. По сравнению со стекловолокном базальтовые волокна является щелочестойким материалом. Базальтовые волокна обладают высокой коррозионной и химической стойкостью к воздействию агрессивных сред: растворов солей, кислот и особенно щелочей.

Высокая термостойкость. Диапазон температур длительного применения базальтовые волокна от -200°С до +600°С. Кратковременное воздействие температур до 700 °С. Разовое воздействие температур до 1000 °С.

Совместимость с другими материалами. Базальтовые волокна обладают высокой совместимостью с пластиками, пластмассами, клеями, стеклянными и углеродными волокнами. Возможность производства материалов и изделий на основе базальтовых волокон с применением различных технологий формовки, намотки, пультрузии, напыления и других «холодных технологий».

Плавучие опоры рассчитываются на действие следующих нагрузок: вес перевозимого пролетного строения с обустройством; вес понтона с обустройством.

При расчёте понтона, который рассматривается как фундамент сооружения, необходимо просчитать всю массу, которая на нём будет находиться: строение, оснащение, мебель, этажность и максимальное количество людей.

Исходя из этого, определяется размер понтона, высота борта, внутренние переборки - эти параметры формируют устойчивость, надежность и долговечность понтонного фундамента вашего данного сооружения. Также необходимо учитывать парусность, остойчивость, непотопляемость, дифферент и крен, чтобы даже при большом перемещении массы из одной стороны строения в другую, дискомфорта не возникало крена на воде.

Выбор базальтового волокна в качестве армирующего материала осуществлен по показателям прочности, жесткости, стойкости к агрессивным средам, теплостойкости. базальтопластики превосходят другие композиционные материалы. В таблице 1 приведены характеристики базальтопластиков.

Таблица 1. Характеристики базальтопластиков

ПоказательБазальтопластикПлотность (кг/м3)1900-2000Модуль упругости, ГПА65Удельный модуль упругости, км3250-3421Предел прочности (для металлов предел текучести) при растяжении, МПа1850Удельный предел прочности (для металлов предел текучести), км92,5-97Отношение усталостной прочности к статической (число циклов 107)0,33Теплопроводность при 20 градусах цельсия, Вт/м2оС0,46Удельное объёмное электрическое сопротивление, Ом x м2,5x1011Коэффициент линейного расширения, x106 град-10,45-8,3Гигроскопичность, %0,05Стойкость к воздействию химически агрессивных сред, солевых растворов, коррозии+Эксплуатационные затратыВосстановление цветовой окраски по мере снижения её интенсивности

Расчет грузоподъемности понтона

Рассматриваем идеальную систему понтон-вода без температурного воздействия и влияния окружающей среды для определения грузоподъемности понтона размерами 5х6х1 и весом в 1000 кг. Понтон должен иметь относительно небольшую осадку, чтобы плавать на мелководье. Для этого в качестве несущего элемента конструкции используются тонкостенная прямоугольная оболочка из базальтопластика. Преимущество такого понтона состоит в том, что они обладают значительно более высоким коэффициентом грузоподъемности (отношение веса к весу самого понтона) по сравнению с понтонами других конструкций.

Понтон 5х6х1 состоящий из одной полой конструкции базальтопластика с осадкой h, плавает в воде под действием собственного веса M=1000 кг. Грузоподъемность понтона определяется по показателям формулы выталкивающей силы Архимеда

A = ?gV(1)

Где ? - плотность воды равная 1000 кг/м3,- ускорение свободного падения равная 9,8 м/с2,- объём погружённого тела (или часть объёма тела, находящегося ниже поверхности).

Допустимое среднее значение осадки h=0.5, тогда

V=5 × 6 × 0,5 = 15 м3(2)A = 1000кг/м3 × 9,8м/с2 × 15 м3 = 147000 н

Условием равновесия плавающего понтона является соотношение между модулями силы тяжести и силы Архимеда FA, которые действуют на это тело.

A = G + Gз(3)

где, G - сила тяжести понтона

Gз - сила тяжести груза, в данном случае это здание.

Gз = FA - G = 147000 - 1000×9,8 = 137200 н

То есть максимальная грузоподъемность равна:

/9,8= 14000 кг

2.3 Исследование в определении параметров связующего материала для базальтового волокна

История освоения промышленного производства непрерывного базальтового волокна составляет около 30 лет. Первые исследования возможностей производства базальтовых волокон были начаты в Советском Союзе, в начале 60-х годов были получены первые образцы БНВ. Промышленные технологии и оборудование для производства БНВ были запущены к средине 80-х годов.

В настоящее время в мире наблюдается огромный интерес к непрерывным волокнам из базальтовых пород. Этот интерес связан с рядом факторов: - базальтовые волокна обладают характеристиками, по многим показателям превышающими стеклянные волокна;

сырьевая база для производства базальтовых волокон практически не ограничена;

технологические достижения последних лет позволили существенного снизить себестоимость производства БНВ до уровня производства стеклянных волокон.

Базальтопластик - это композиционный материал, в состав, которого вместо стекловолокна входит базальтовое волокно и полимерное связующее. Но благодаря своим характеристикам базальтопластик успешно конкурирует с изделиями как из металла, так и из стеклопластика, и превосходит их по коррозионной стойкости, в том числе щелочестойкости и кислотостойкости.

Какими же свойствами обладает базальтопластик? Первое и, наверное, самое актуальное в настоящее время - это высокая прочность базальтовых волокон, которая практически сопоставима с прочностью углеродного волокна. Благодаря этому свойству базальтопластиковые изделия в 3 раза прочнее изделий из стали и при этом в 4 раза их легче. Любой материал, любое изделие имеет свой срок службы. Какие-то материалы и конструкции служат 8-10 лет, какие-то 15-20. Что с ними произойдет по истечению этого периода, и как они повлияют на качество и состояние конструкций, в состав которых входят, сказать практически невозможно. В отличие от них материалы, изготовленные из базальтопластика, останутся неизменны и через 100, и через 200 лет. Долговечность, стабильность состояния - вот следующее чрезвычайно важное свойство базальтопластика. Свойство, которым обладает базальтопластик и которому в последнее время придается огромная важность - это термо- и огнестойкость. Он выдерживает длительное воздействие температуры до 700°С и кратковременное воздействие до 1000°С.

2.4 Образцы прессования базальтового волокна со связующими компонентами

Всякий человек, лишь отдаленно знакомый с миром композитных материалов, знает, какие основные конструкционные смолы применяются в производстве яхт, лодок и катеров. Это эпоксидные, винилэфирные и полиэфирные смолы.

Полиэфирные и винилэфирные смолы, как правило, содержат стирол. Добавление стирола в количествах, достигающих 50% (для полиэфирной смолы) позволяет улучшить ее технологические свойства путем снижения вязкости. Стирол так же выполняет жизненно необходимую функцию, объединяя полимерные молекулы полиэфира в одну гигантскую трехмерную макромолекулу без образования побочных продуктов. Обычные ламинаты, изготовленные из этих смол, при отверждении испаряют стирол. В результате, на месте пузырьков стирола образуются поры, ухудшающие структуру ламината и способствующие всасыванию жидкости. Поперечная структура перекрестных связей молекулярных цепочек говорит о том, что полиэфирный ламинат отличается хрупкостью при приложении ударных нагрузок. Винилэфирная так же как и ненасыщенная полиэфирная смола содержит двойные связи, но в отличии от полиэфира, где реакционноспособные винильные группы находятся в основной цепи макромолекул, они расположены только на концах цепочек. Таким образом, в структуре винилэфира вся молекулярная цепочка способна воспринимать ударную нагрузку, поэтому эта смола более прочная и эластичная, чем полиэфирная. Необходимо, однако, отметить, что для достижения максимально возможных показателей механических свойств, винилэфирный ламинат необходимо подвергать пост-отверждению при повышенной температуре, в противном случае его свойства останутся на уровне показателей полиэфирной смолы. Винилэфир характеризуется меньшим содержанием сложно эфирных групп и винильных фрагментов, что повышает устойчивость к гидролизу. и уменьшает усадку смолы при отверждении, поэтому винилэфир часто используется для изготовления труб и емкостей для хранения химикатов. Также винилэфирная смола используется как барьерное покрытие, защищающее полиэфирный ламинат от действия окружающей его воды. Молекулярная структура эпоксида отличается от винилэфира только реакционно способными группами на концах полимерных цепочек. В отличии от винилэфираони образованы эпоксидными группами. Отсутствие сложноэфирных групп само по себе означает отсутствие гидролиза, а значит отсутствие разрушительного влияния воды.

Основная цепь макромолекулы эпоксида (и винилэфира) содержит кольцевые структуры, которые воспринимают основную механическую и термическую нагрузку лучше, чем линейные группы, что придает эпоксиду большую прочность, жесткость и термостойкость.

По сравнению с винилэфирной смолой эпоксид имеет более высокую адгезионную прочность и меньшую усадку. В целом эпоксидные смолы более дорогие, но отличные эксплуатационные свойства часто делают их использование в конечном счете более выгодным.

Показатели нагрузки-напряжения приведены в Приложении I на рис.1.

Эпоксидные смолы имеют 5 неоспоримых преимуществ перед винилэфирами и полиэфирами по следующим параметрам:

. Адгезивные свойства (т.е. способность соединения с усиливающими волокнами или сэндвичевым наполнителем)

. Механические свойства (особенно прочность и жесткость)

. Объемная усадка.

. Усталостная прочность и сопротивление микротрещинам.

. Водонепроницаемость (свойства конструкции не изменяются от действия проникающей в нее влаги) и осмотические явления.

Адгезия.

Адгезивные свойства смолы, т.е. ее способность служить связующим звеном в ламинате или в сендвичевой конструкции, являются определяющим фактором для величин механических свойств получившейся конструкции. Полиэфирная смола обладает наихудшими адгезивными свойствами из всех перечисленных типов смол. Винилэфирная смола имеет лучшие по сравнению с полиэфиром адгезивные свойства. Но адгезивные свойства эпоксидной смолы не идут ни в какое сравнение с первыми двумя типами смол. На молекулярном уровне это обеспечивается благодаря ее химической композиции и присутствию полярного гидроксила и простых эфирных групп.

Именно эпоксидная смола используется в высокопрочных адгезивных клеях. Так же только эпоксидспособен создавать качественные сэндвичевые конструкции, особенно с использованием сот в качестве сэндвичевого наполнителя, где очень маленькая площадь контактной поверхности требует связующего наилучшего качества.

Хорошие адгезивные свойства сочетаются в эпоксиде с высоким электрическим сопротивлением и отличной химостойкостью.

Разумеется, прочность соединения смолы и усиливающих волокон зависит так же и от покрытия самих волокон, т.н. аппрета. Поэтому для получения хорошего результата необходимо уделять внимание правильному подбору волокон и тканей для той или иной ламинатной системы.

Механические свойства.

Наиважнейшие свойства любой системы- прочность и жесткость. Рисунок внизу отражает результаты тестов, проведенных на обычном полиэфире, винилэфире и эпоксиде, отвержденных при комнатной температуре и пост-отвержденные при 176 оF.

После семидневного периода отверждения прочность на растяжение у эпоксида на 20-30% выше, чем у полиэфира и винилэфира. Что более важно, после пост-отверждения различие становится еще более ощутимым. Надо так же отметить, что корпуса лодок, построенных изполиэфира, редко подвергают пост- отверждению, в то время как с эпоксидными корпусамиэто обычная практика.

Объемная усадка. Полиэфирная и винилэфирная смолы имеют свойство объемной усадки до 7%. Это явление возникает из-за того, что в начале реакции молекулы смолы реорганизуются и переориентируются в слоях жидкости или прегелевой фазы смеси. Полиэфир и винилэфиртребуют большей перестройки и реорганизации молекул, чем эпоксид, поскольку отверждение этих смол происходит в достаточно быстром темпе. Эпоксид отверждается не так быстро, поэтому поверхностные контакты между жидкой смолой и склеиваемым материалом не нарушаются в начальной стадии отверждения. Результат- более однородная склейка волокон со смолой, и, как следствие, лучшая передача нагрузки между различными компонентами композитной структуры.

В естественных условиях смолы продолжают отверждаться на протяжении достаточно длительного времени, и усадку можно сразу не обнаружить. Это и есть так называемый«Эффект пропечатывания текстуры усиливающих волокон», наблюдаемый у большинства стареющих полиэфирных конструкций. По сравнению с этим, усадка эпоксидной смолы составляет 2% благодаря иной природе отверждения и отсутствию летучих со-реагентов(стирола), вовлекаемых в реакцию. Эпоксидный ламинат более стабилен и на нем дольше сохраняется косметическая обработка. Кроме всего прочего, явление усадки ухудшает механические свойства ламината, обеспечивая ему так называемый «встроенный стресс», ослабляющий конструкцию. Усадка по всей толщине ламината, или «эффект пропечатывания» вредит внешнему виду ламината и сложно и дорого устраняется.

Усталостное сопротивление и микротрещины.

В большинстве случаев ламинат корпуса с хорошо выверенными обводами никогда не подвергается предельным нагрузкам, поэтому механические свойства конструкции не являются единственным критерием подбора смолы. Задолго до достижения предельной нагрузки и разрушения, ламинат достигнет уровня напряжения, при котором смола начнет отслаиваться от усиливающих волокон, направление которых не совпадает с направлением приложенной нагрузки. Это явление известно, как «поперечное микрорастрескивание», и даже если сам ламинат еще не окончательно разрушился в данной точке, процесс разрушения уже начался.

Нагрузка, которую выдерживает ламинат до начала микрорастрескивания, строго определяется вязкостью и адгезивными свойствами смолы. Для относительно более хрупкой смолы, такой как полиэфирная, критическая точка наступает задолго до того, как ламинат начинает разрушаться, она же строго ограничивает предельную нагрузку, которой он может подвергаться. В качестве примера можно привести поведение ламината из стеклянной рогожи и полиэфирной смолы. Микротрещины начинают появляться на пределе 0,2% приложенной нагрузки, в то время, как ламинат начинает видимо разрушаться при 2,0% приложенной нагрузки. Это означает, что на самом деле прочность ламината на полиэфирной смоле составляет лишь 10% от максимальной расчетной. В такой среде как вода, или влажный воздух, растрескавшийся ламинат принимает в себя гораздо больше влаги. Это ведет к увеличению веса, вредному воздействию воды на аппрет, потере жесткости и, со временем, к существенной потере в величинах определяющих свойств.

Обычно композиты демонстрируют усталостную прочность, сравнимую с большинством металлов. Однако, поскольку усталостное разрушение провоцируется постепенным накапливанием небольших повреждений, сопротивление усталостному разрушению зависит от прочности смолы, ее адгезивных свойств, сопротивления микротрещинам, наличия пустот(пузырьков) в ламинате и других дефектов производства. Поэтому эпоксидный ламинат, изготовленный с применением вакуума, будет демонстрировать гораздо большую усталостную прочность, по сравнению с ламинатами, изготовленными из других смол.

Прекрасная способность выдерживать циклические нагрузки- одно из основных преимуществ эпоксидов перед полиэфирами. Это одна из причин, почему в конструкции воздушных и космических аппаратов используется только эпоксидная смола.

Водонепроницаемость Очень важное свойство любой смолы, особенно при применении в морских конструкциях-это ее способность противостоять проникновению воды во внутреннюю структуру. Все смолы абсорбируют некоторое количество жидкости, вес которой добавляет вес ламинату, но для нас наиболее важно воздействие воды на смолу и на соединение смолы сусиливающими волокнами, ведущее к постепенному снижению показателей механических свойств.

Полиэфирные и винилэфирные смолы склонны к деградации из-за гидролиза присутствующих сложноэфирных групп под действием воды. В результате, после пребывания в воде в течение одного года, тонкий полиэфирный ламинат сохраняет только65% внутри ламинатной распределенной прочности, в то же время эпоксидный ламинат, будучи погруженным в воду на тот же период, сохранит 90% распределенной прочности.

Это происходит потому, что вместо сложноэфирных групп в молекулярной цепи эпоксида присутствуют простые эфирные и гидроксильные группы, не подверженные быстрой и реакции с водой.

Все ламинаты в морской среде впитывают очень небольшое количество паров воды, образуя микроячейки, где и происходит гидролиз сложноэфирных групп полимера, в результате которого образуется концентрированный раствор. Под действием образующегося осмотического давления, дополнительная вода втягивается сквозь полупроницаемую пленку полиэфирного гелькоута в попытке разбавить раствор. Эта вода увеличивает давление жидкости в ячейке. В конце концов давление вспучит или прорвет гелькоут образуя на его поверхности характерные «следы куриных лапок».

Чтобы отсрочить наступление осмоса, необходимо использовать смолу, обладающую низкой характеристикой проницаемости жидкости и высоким сопротивлением к гидролизу.

Полимерная цепочка эпоксида, не имеющая в своем составе сложноэфирных групп, значительно лучше противостоит воздействию воды, чем полиэфирные и винилэфирные системы.

ГЛАВА III. АНАЛИЗ

Использование базальтопластика для понтона всплывающего сооружения имеет свои преимущества, т.к. обеспечивает наибольшую прочность и жесткость, а также существенно снижает себестоимость конструкций. Базальтовое волокно в природе имеется в ограниченных количествах, поэтому в качестве наполнителя используется базальтовый порошок, а в качестве связующего пластик высокого давления.

Преимущества базальтопластика по сравнению с металлом состоят в следующем:

·Низкая теплопроводность: у базальтопластика 0,46 Вт/м2оС, а у металла этот показатель в 100 раз выше - до 40-60 Вт/м2оС (Нержавеющая сталь имеет теплопроводность 15 Вт/мК, что в любом случае в 400 раз выше теплопроводности базальтопластика);

·Высокие физико-механические свойства: при одинаковых размерах базальтопластик выдерживает более высокие нагрузки на растяжения и изгиб;

·В 3-4 раза легче стали аналогичного размера (меньшие нагрузки на фундамент);

·Устойчивость в щелочной среде: базальтопластик переносит агрессивное влияние щелочной среды раствора/бетона и практически не теряет прочности;

·Базальтопластик не может ржаветь, так как не содержит металл.

·Морозоустойчивый: большое количество циклов замораживания (до температуры минус 20оС) и оттаивания, которые не влияют на прочностные характеристики базальтопластика;

·Долговечный материал, так как нетеплопроводен, сохраняет физико-механические свойства в достаточном объеме в щелочной среде бетона/раствора, а также в среде тепло-влажной;

·Рациональный выбор - снижают себестоимость строительства;

Условием равновесия плавающего понтона является соотношение между модулями силы тяжести и силы Архимеда FA, которые действуют на это тело.

Преимущество такого понтона состоит в том, что они обладают значительно более высоким коэффициентом грузоподъемности (отношение веса к весу самого понтона) по сравнению с понтонами других конструкций.

Понтон 5х6х1 состоящий из одной полой конструкции базальтопластика с осадкой h, плавает в воде под действием собственного веса M=1000 кг.

Так как основным материалом для понтона будет являться базальтовое волокно в качестве армирующего материала

Базальтопластик - современный композитный материал на основе базальтовых волокон и органического связующего. Базальт - горная порода, составляющая 30% земной коры, его запасы неисчерпаемы.

Основные преимущества базальтопластика:

·Высокая прочность базальтовых волокон, которая приближается к прочности углеродного волокна. Базальтопластиковые изделия в 3 раза прочнее изделий из стали и при этом в 4 раза их легче.

·Долговечность, коррозионная, щелче- и кислотостойкость, стабильность состояния - вот следующие чрезвычайно важные свойства базальтопластика. Изделия из этого материала служат более 100 лет без потери качеств.

·Термо- и огнестойкость. Он выдерживает длительное воздействие температуры до 700°С и кратковременное воздействие до 1000°С (стекловолокно теряет прочность при температуре выше 300°С). Фактический предел огнестойкости составляет не менее 151 мин.

Низкая теплопроводность (в 100 раз меньше металла).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.#"justify">ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Рис1. Сравнение показателей нагрузки - напряжения (пост-отверждение 5 часов при 80оС).

Рис2. Сравнительная прочность на растяжениеразличных смоляных систем.

Рис3. Сравнительная жесткость смоляных систем.

Рис4. Влияние времени впитывания воды на внутриламинатное распределенное напряжение в смоле.

ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Финансово-экономический институт Кафедра экономики и управления производством

Больше работ по теме: