Ішкі механикалық кернеулер. Эксплуатация есептік шарттарды таңдау

Ішкі механикалық кернеу электрлік оқшаулағыш құрылымын жасағанда және эксплуатация кезіндегі пайда болады. Керамикалық бұйымдар мен термореактивті пластмассадан жасалған бұйымдарды жасағанда материалдың нығыздануымен қатар жүретін химиялық реакциялар өтеді. Нығыздалу бұйымның көлемі бойынша біркелкі болмағандықтан, жеке бөліктерде механикалық кернеу пайда болады. Материалдың ағатындығынан механикалық кернеу кей кезде таралады.

Әдетте бұйымдарды жасау пресстеу, экструзиялау, күйдіру тәсілдері жоғары температурада жүреді. Бұйымның ішіндегі металды немесе басқа элементтердің болуы температуралық механикалық кернеудің пайда болуына алып келеді.

Деформация Гук заңына бағынады деп, яғни серпімді деформация деңгейінде болғанда, сымдардың оқшауламаларында суыту процессінде туатын механикалық кернеулерді қарастырайық. Сым - оқшаулағыш бөлігінің шегінде механикалық кернеу және материалдар деформациясы пайда болады. Сым жоқ кезде оқшаулағыштың ішкі бетінің ұзындығының өзгеруі мынаны құрар еді

 

(3.6)

 

Сым шеңберінің ұзындығының өзгеруін оқшаулағыш жоқ кезде, мына формуламен анықтаймыз

 

(3.7)

 

мұнда r – салқындауға дейінгі сым шеңберінің және оқшаулағыштың

радиусы;

α₁ және α₂ - оқшаулағыш және сым материалдарының сызықты

кеңеюінің температуралық коэффициенті;

Δt – қыздырылған және салқындатылған сымдардың

температуралық айырмашылығы.

Салқындату процесі кезінде Δl₁ және Δl₂ айырмашылығынан оқшаулағышты да, сымды да деформациялауға ұмтылдыратын механикалық кернеулер пайда болады. Егер механикалық кернеулер есебінен сымның қосалқы деформациясын Δl₂ арқылы белгілесек, онда механикалық күштер есебінен оқшаулағыш деформациясын мына формула арқылы аламыз

 

(3.8)

 

Гук заңы бойынша белгілі

(3.9)

 

(3.10)

 

мұнда σ₁ және σ₂ - оқшаулағыштағы және сымдағы механикалық

кернеулер;

G₁ және G₂ - оқшаулағыш пен сым материалдарының иілгіштік

модулі;

l₁ және l₂ – салқындатуға дейінгі температурадағы және

механикалық кернеу нөлге тең оқшаулағыш пен сым шеңберінің

ұзындығы.

Егер салқындату кезінде құрылымның бүтіндігі бұзылмаса, онда механикалық кернеу σ₁ және σ₂ өзара тең, бірақ бағыты жағынан қарама – қарсы.

l₁ және l₂ ұзындықтарды формула бойынша анықтаймыз.

 

(3.11)

 

(3.12)

 

(3.10) өрнегінен (3.12) өрнегін ескеріп тұрғанда табатынымыз.

 

(3.13)

 

(3.14)

 

Оқшаулағышта пайда болатын кернеу, α₁ – α₂ айырмашылығына байланысты оқшаулағышты ұзартушы да, қысушы да бола алады.

Егер α₁ – α₂ > 0 және δ₁ > 0, онда оқшаулатқышта ұзартушы күштер пайда болады.

Егер α₁ – α₂ < 0 және δ₁ < 0, онда оқшаулатқышта қысушы күштер пайда болады.

Соңғы жағдайда металдың оқшауламаға адгезиясы жеткіліксіз болса оқшаулағыштың сым сыртынан ажырап кетуі мүмкін. Механикалық кернеу σ₁ материалдың радиалды отыру себебінен де пайда болады. Механикалық кернеу δ_п материалдың білік бойы отыру себебінен де пайда болады. δ_п мағынасы саны бойынша δ₁ тең, бірақта бағыты δ₁ қарағанда π2 бұрышқа бағыттасқан. Оқшаулауда толық механикалық кернеу мына формуламен саналады

 

(3.15)

 

Оқшаулауға үлкен созушы жүктеме әсер етсе, оның жарылуы басталады, ол кезде оқшаулау өзінің негізгі қасиетін жоғалтады. Жылдам қызу және салқындау кезінде ішкі механикалық кернеу температураның маңызды градиентінің арқасында пайда болады. Ішкі кернеуді есептеу конструкцияда температураның тарауына тәуелді. Температура кенет өзгергенде ішкі кернеудің ең үлкен мағынасы байқалады, оны мына формуламен есептейді.

 

(3.16)

 

мұнда Δt – оқшаулаудың сыртқы және ішкі аралық қабатының

температуралық градиенті;

α – ұзындық кеңею коэффициенті.

G – серпінділіктің модулі.