Механические свойства твердых тел в практике (стр. 6 из 8)

Не менее широкое распространение получило также другое высокомолекулярное соединение — синтетический каучук. Промышленный способ получения синтетического каучука был впервые осуществлен в нашей стране. Интересно отметить, что заводы синтетического каучука появились в Германии на 5 — 6 лет, а в США — даже на10 лет позже, чем в СССР. Способ получения синтетического каучука был разработан ленинградским профессором С. В. Лебедевым. Исходным сырьем для получения этого полимера являются древесные опилки. Из них получают этиловый спирт, который в присутствии катализаторов при температуре около 450°С разлагают, получая дивинил (бутадиен). При высоких температурах и давлении бутадиен полимеризуют в синтетический каучук. Сырьем для получения спирта могут служить также отходы бумажных фабрик, получаемые на нефтеперегонных заводах или природные газы и др. Молекулы синтетического каучука построены в виде цепочек, и поэтому он обладает очень большой эластичностью. Добавляя в каучук различные примеси, получают резину самых разнообразных сортов и свойств.

В, наш обиход прочно вошли пластические массы самых разнообразных назначений и свойств. Из фенола и формалина вырабатывают бакелит, карболит и другие фенолоформальдегидные смолы, служащие основной составной частью пластических масс. Сочетая эти смолы с различными наполнителями, можно получить пластические массы большой прочности.

Так, растворенной в спирте искусственной смолой пропитывают ткань и сушат ее. Затем ткань складывают в стопку и спрессовывают при давлении до 200кГ/см². После полученный материал, широко известный под названием текстолита, обладает прочностью чугуна, но почти в 5 раз легче его. Из текстолита делают вкладыши подшипников, бесшумные шестерни и др.

Заменяя ткань бумагой, получают стеклопластик — прочный изоляционный материал.

Пропитывая фенолоформальдегидными смолами ткань, состоящую из тончайших стеклянных волокон, получают так называемый стеклопластик — очень прочный и легкий материал. Из него начинают изготавливать корпуса лодок и кузовы автомобилей. Даже фюзеляжи самолетов начинают делать из стеклопластика. Интересно отметить, что такой фюзеляж оказывается на 50% прочнее металлического.

Синтетические материалы обладают не только высокой прочностью, но и другими важными для практики свойствами. Одни не боятся кислот, другие очень плохо проводят тепло, третьи являются прекрасными изоляторами, четвертые помогают повышать урожайность на бесструктурных почвах и т. д. Все или даже основные свойства современных пластических масс рассмотреть здесь просто невозможно и интересующихся этими чудесными материалами мы отсылаем к уже упомянутым книгам Цветкова, Розена и Реутова.

3.Выбор формы детали

Существует древняя легенда о том, как жители одного города решили прославить свой город и построить для этого в нем очень высокую башню (по их понятиям — «высотой до неба»). Много сил потратили они на постройку башни. Она постепенно росла и росла. В конце концов вес башни оказался больше той силы, которую могло бы выдержать основание башни и, по образному, но точному выражению легенды, «она сама себя раздавила».

Наиболее простые случаи расчета прочности при деформациях растяжения и сжатия очень скоро получили .свое решение, и люди поняли, что максимально допустимая высота стены, например кирпичной, не зависит от толщины. В самом деле, пусть известно, что стену толщиной в один кирпич можно построить высотой лишь до 50 м. Можно ли увеличить высоту стены, если строить ее толщиной в два кирпича? Очевидно, нет, так как при увеличении толщины стены в два раза также в два раза увеличится ее вес, а следовательно, сила, приходящаяся на единицу площади основания стены, при этом не изменится.

Как же все-таки сделать стену выше? Этого можно добиться, либо увеличивая ширину основания стены без увеличения ее веса, либо уменьшая вес стены без уменьшения ширины ее основания. Для этого толщина верхней части стены должна быть меньше, чем ширина ее основания. Расчеты показывают, что при этом сечение стены должно быть ограничено кривыми линиями, форма которых зависит от прочности и удельного веса материала. На рисунке 24 показан характер сечения такой стены.

Казалось бы, что, изменяя так сечение, можно построить стену (или трубу) любой высоты. Но это далеко не так. По мере увеличения высоты стены ширина ее основания возрастает все быстрее и быстрее, и очень скоро даже для того, чтобы хотя бы немного увеличить высоту, потребуется очень сильно увеличивать ширину основания. Пунктиром ширину основания, и это становится невыгодным. Поэтому при строительстве была самой эко-кирпичных труб, например, используют комичной. только ту часть кривой, где основание еще возрастает медленно. При этом для простоты постройки кривые часто заменяют прямыми линиями. На рисунке 25 изображена такая труба. Пунктиром на ней показана форма расчетной кривой контура трубы. Неизменную по форме расчетную кривую линию используют в редких случаях при постройке очень высоких труб и башен.

Нетрудно понять, что по тому же самому принципу длина проволоки, подвешенной за один конец, также ограничена, так как при неограниченном удлинении проволока «разорвала бы сама себя». Для увеличения длины проволоки можно было бы поступить так же, как и с кирпичной трубой, только в этом случае нижний конец проволоки должен быть тоньше, чем ее верхняя часть. Так и поступают, когда, например, конструируют тросы приборов для измерения больших глубин океана и взятия проб с этих глубин.

Рис.24. Такое наивыгоднейшее сечение должна иметь стена.

Рис.25.Кирпичная дымовая труба. Пунктиром показано, какая форма трубы была бы самой экономичной.

Высоту стен, башен и труб можно также увеличить (как и длину свободно висящих проволок), если применить для них материалы, обладающие большей прочностью и меньшим удельным весом, чем существующие, но это — дело будущего.

При строительстве мостов и зданий требовалось не только умение строить высокие и прочные опоры и стены, но необходимо было уметь перекрыть пролеты между ними. Известные древним строителям арки и купола не всегда были удобными. Требовались другие формы перекрытий; нужно было найти такие детали, которые хорошо бы работали на изгиб.

Без особого ослабления балки этот слой можно облегчить, экономя тем самым материал и делая балку тот же более легкой. Так и поступают в практике, применяя для конструкций, работающих на изгиб, балки таврового, двутаврового сечения и швеллеры .

Чем руководствуются конструкторы, устанавливая стандартные соотношения между различными размерами сечения балок?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно рассмотреть, какие напряжения возникают в различных местах сечения изгибаемой балки (рис.26.).