Розрахункові дослідження термонапруженого стану багатошарового скління з електрообігрівом

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2022.02.014
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 25, № 2, 2022 (червень)
Сторінки 14–21

 

Автори

П. П. Гонтаровський, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: gontarpp@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8503-0959

Н. В. Сметанкіна, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: nsmetankina@ukr.net, ORCID: 0000-0001-9528-3741

С. В. Угрімов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: sugrimov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-0846-4067

Н. Г. Гармаш, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: garm.nataly@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4890-8152

І. І. Мележик, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: melezhyk81@gmail.com, ORCID: 0000-0002-8968-5581

 

Анотація

Забезпечення ефективної роботи й надійної безпечної експлуатації наземної спецтехніки різних видів, літальних апаратів є важливою й актуальною задачею. Збереження міцності, захисних властивостей і прозорості скління кабін техніки в широкому діапазоні температур при різних силових впливах – одна із ключових складових цієї проблеми. Для скління спецтехніки застосовуються багатошарові пакети, що виготовляються з різних видів скла, які з’єднуються між собою клейовими полімерними матеріалами. Для надійної й безвідмовної роботи спецтехніки в умовах низьких температур використовується скління з електрообігріванням, що дозволяє уникнути його обледеніння, а також захистити оглядову зону від запотівання. Виходячи з цього, важливим завданням, що впливає на ефективність використання спецтехніки, є забезпечення надійної роботи електрообігріву скла. За допомогою програмного комплексу, розробленого на основі методу скінченних елементів для аналізу тривимірного термонапруженого стану конструкцій, що дозволяє розглядати широкий клас практичних задач різної складності, розв’язані задачі нестаціонарної й стаціонарної теплопровідності й термопружності для трапецієвидного лобового електрообігрівного склопакета. Проведено дослідження термонапруженого стану скління із системою електрообігріву, яка дозволяє уникнути замерзання скла, що працює в умовах низьких температур. Визначені причини, з яких може відбуватися розшарування склопакета (неприпустимі температурні режими, механічні силові впливи, порушення умов експлуатації). Багатошарове скління із системою електрообігріву використовується для літальних апаратів, військової техніки, наземного транспорту, які можуть експлуатуватися при різних температурах. З огляду на це дослідження їх термонапруженого стану й визначення можливих причин розшарування дозволяє забезпечити надійність роботи й підвищити ефективність застосування спецтехніки в різних кліматичних умовах. Планується проведення подальших досліджень термонапруженого стану склоблока з урахуванням роботи терморегулятора і визначенням точок розташування термодатчиків, а також змін фізичних властивостей матеріалів і потужності нагрівального елемента зі зміною температури.

 

Ключові слова: багатошарове скло, електрообігрів, заледеніння, температурні поля, термонапружений стан.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Federal Aviation Regulation. PART 25 – Airworthiness Standards: Transport Category Airplanes. Section 25.775. Windshields and windows. 1964. P. 18318. URL: https://www.ecfr.gov/current/title-14/chapter-I/subchapter-C/part-25.
  2. ДСТУ 4546:2006. Скло в будівництві. Захисне скління. Випробування та класифікація за кулетривкістю (EN 1063:1999, MOD). Київ: Держспоживстандарт України, 2006. 10 с.
  3. Hontarovsky Р. Р., Smetankina N. V., Ugrimov S. V., Garmash N. G., Melezhyk I. I. Numerical investigations of the crack resistance of ion exchange strengthened sheet glass under flexural deformations. Journal of Mechanical Engineering – Problemy mashynobuduvannia. 2021. Vol. 24. No. 3. P. 45–51. https://doi.org/10.15407/pmach2021.03.027.
  4. Ugrimov S., Smetankina N., Kobylnik V. Modeling the response of multilayer glazing to distributed and localized force loading. Nonlinear Mechanics of Complex Structures. Advanced Structured Materials. Altenbach H., Amabili M., Mikhlin Y. V. (eds.) Cham: Springer, 2021. Vol. 157. P. 103–123. https://doi.org/10.1007/978-3-030-75890-5_7.
  5. Novotny M., Poot B. Influence of temperature on laminated glass performances assembled with various interlayers. Challenging Glass Conference 5: Conference Proceedings (Ghent, Belgium, 16–17 June 2016). Ghent: Ghent University, 2016. Vol. 5. P. 219–232. https://doi.org/10.7480/cgc.5.2248.
  6. Chen S., Chen X., Wu X. The mechanical behaviour of polyvinyl butyral at intermediate strain rates and different temperatures. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 182. P. 66–79. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.06.080.
  7. Shim G. I., Kim S. H., Ahn D. L., Park J. K., Choi S. Development of thin and lightweight bulletproof windows using strengthened SLS glass by ion exchange. Journal of the Korean Ceramic Society. 2015. Vol. 52. P. 123–127. https://doi.org/10.4191/kcers.2015.52.2.123.
  8. Walley S. M., Field J., Blair P., Milford A. The effect of temperature on the impact behaviour of glass/polycarbonate laminates. International Journal of Impact Engineering. 2004. Vol. 30. Iss. 1. P. 31–53. https://doi.org/10.1016/S0734-743X(03)00046-0.
  9. Smetankina N. V., Postnyi O. V., Merkulova A. I., Merkulov D. O. Modeling of non-stationary temperature fields in multilayer shells with film heat sources. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek): Conference Proceedings (Kharkiv, Ukraine, 5–10 October 2020). Kharkiv: IEEE, 2020. P. 242–246. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek51551.2020.9250139.
  10. Hoejowska S., Orzechowski T., Pawiska A. Thermal analysis of the car windscreen. EPJ Web of Conferences. 2019. Vol. 213. Paper ID 02027. 6 p. https://doi.org/10.1051/epjconf/201921302027.
  11. Samieiana M. А., Cormieb D., Smith D., Wholeyb W., Blackmana B. R. K., Deara J. P., Hoopera P. A. On the bonding between glass and PVB in laminated glass. Engineering Fracture Mechanics. 2019. Vol. 214. P. 504–519. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.04.006.
  12. Froli M., Lani L. Adhesion, creep and relaxation properties of PVB in laminated safety glass. GLASS PERFORMANCE DAYS 2011: Conference Proceedings (Tampere, Finland, 17–20 June 2011). Tampere, 2011. P. 839–848.
  13. Hontarovskyi P. P., Smetankina N. V., Garmash N. H., Melezhyk I. I. Analysis of crack growth in the wall of an electrolyser compartment. Journal of Mechanical Engineering – Problemy mashynobuduvannia. 2020. Vol. 23. No. 4. P. 38–44. https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.038.
  14. Shul’zhenko N. G., Gontarovskii P. P., Matyukhin Yu. I., Garmash N. G. Numerical analysis of the long-term strength of the rotor disks of steam turbines. Strength of Materials. 2010. Vol. 42. P. 418–425. https://doi.org/10.1007/s11223-010-9232-2.
  15. Gontarovskyi P., Smetankina N., Garmash N., Melezhyk I. Numerical analysis of stress-strain state of fuel tanks of launch vehicles in 3D formulation. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering – 2020. ICTM 2020. Lecture Notes in Networks and Systems. Nechyporuk M., Pavlikov V., Kritskiy D. (eds.) Cham: Springer, 2021. Vol. 188. P. 609–619. https://doi.org/10.1007/978-3-030-66717-7_52.
  16. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Москва: Энергия, 1983. 320 с.
  17. Kreith F., Black W. Z. Basic heat transfer. London: Harper and Row, 1980. 556 p.

 

Надійшла до редакції 10.05.2022