Дослідження явища пружного гістерезису при ударно-механічній взаємодії грубої овечої вовни

Abstract

Побудова механічних моделей для імітації поведінки природних волокнистих матеріалів, таких як вовна, при ударно-механічній взаємодії вимагає поглибленого знання характеристик окремих волокон, зокрема їх морфології, розташування у переплетенні, міцності та жорсткості. Структуру грубої вовни можна адекватно описати стохастичним розподілом геометричних параметрів її волокон та вільних порожнин між ними на основі чисельного моделювання. Метою досліджень є проведення чисельного моделювання процесу ударно-механічної взаємодії грубої овечої вовни та визначення динаміки зміни її максимальної напруженості і відносної деформації. Для дослідження явища пружного гістерезису при ударно-механічній взаємодії зволоженої грубої вовни приймемо наступні припущення й спрощення: зазначений процес представляє собою задачу про контактну взаємодію абсолютно твердих тіл з пористим середовищем; сила тертя між боковими поверхнями і шаром пористого матеріалу (зволожена груба вовна) відсутня, через незначне її значення у порівнянні із діючою силою; рух рідини в пористому середовищі (зволоженій грубій вовні) підпорядковується закону Дарсі; спостере-ження при лабораторних дослідженнях за деформацією зволоженої грубої вовни, як волокнистого матеріалу, в процесі її навантаження і розвантаження дали змогу прийняти її реологічну модель як пружно-в’язко-пластичне тіло. Згідно фізико-механічних властивостей вовни та проведених лабораторних досліджень її деформаційних характеристик, побудована стохастична модель структури вовни, як волокнистого матеріалу, в програмному пакеті Star CCM+. Волокна вовни представлені у вигляді дискретизованої тетрагональної сітки. За модель волокна прийнято в’язко-пластичне тіло, яке знаходиться у рідкому середовищі. В результаті досліджень проведено чисельне моделювання процесу ударно-механічної взаємодії грубої овечої вовни, в результаті встановлено динаміку зміни максимальної напруженості і відносної деформації грубої вовни. Отримана залежність максимальної напруженості грубої вовни від її відносної деформації, яка показує присутність явища пружного гістерезису. Construction of mechanical models for the imitation of conduct of natural fibred materials, such as wool, at to shock-mechanical requires co-operation deep knowledge of descriptions of separate fibres, in particular their morphologies, location in interlacing, durability and inflexibility. The structure of rough wool can be adequately described the stochastic distributing of geometrical parameters of its fibres and free cavities between them on the basis of numeral design. The purpose of researches is a leadthrough of numeral design of process shock-mechanical co-operations of rough sheep wool and determinations of dynamics of change of it maximal tension and relative deformation. For research of the phenomenon of elastic hysteresis at to shock-mechanical will accept co-operations of water-wet rough wool the followings suppositions and simplifications: the noted process is a task about the contact co-operating of absolutely solids with a porous environment; force of friction absents between sides and layer of porous material (rough wool a water-wet), through its insignificant value in comparing to operating force; motion of liquid in a porous environment (to water-wet rough wool) submits the law of Darcy; a supervision is at laboratory researches after deformation of water-wet rough wool, as fibred material, in the process of its loading and unloading enabled to accept it reologic model as resiliently-viscidly plastic body. Аccording to physical and mechanical properties of wool and conducted laboratory researches it deformation descriptions, the stochastic model of structure of wool is built, as fibred material, in the programmatic package of Star CCM+. The fibres of wool are presented as sampled tetragonal grid. For the model of fibre it is accepted viscidly plastic body which is in a liquid environment. As a result of researches the numeral design of process is conducted shock-mechanical co-operations of rough sheep wool, the dynamics of change of maximal tension is as a result set relative deformation of rough wool. Got dependence of maximal tension of rough wool from its relative deformation, which shows the presence of the phenomenon of elastic hysteresis.