ГлавнаяНесущая способность витых полимерных стержней оценивается на основе теории анизотропных тел. Прочность стержня оc вычислена через параметры прочности крученой пряди, рассмотренной как ортотропное тело, расположенное к оси стержня под углом свивки фп (см. рис. 6.8):
где охп — предел прочности пряди вдоль ее продольной оси хп (см. рис. 6.9);
где оуп и о45п — пределы прочности пряди соответственно вдоль оси уп и по оси, наклоненной к оси хп под углом 45°.
Параметры прочности охп, оуп, о45п оценивались из условия совместности деформаций всех слоев композитного материала, из которого состоит прядь. При этом деформации пряди по оси хп ограничены максимальными деформациями наружного слоя композита (при r=R), в котором угол наклона армирующих волокон является максимальным фхmax (см. рис. 6.9). При оценке пределов прочности прядей исходили из линейной постановки задачи
а началом разрушения пряди считали деформацию ефmax однонаправленного композита.
Соответствующий алгоритм на языке «Фортран IV», реализованный на ЭЦВМ ЕС-1022, позволил представить решение задачи в виде графиков изменения прочности стержня оc в зависимости от шага свивки прядей Tg при различных шагах свивки волокон в прядях Тd. Такие зависимости с использованием значений упругих характеристик однонаправленного композита (6.11) приведены на рис. 6.10, б. Характеристики прочности этого композита имеют значения: obx = 1000 МПа, oby = 50 МПа, ob45 = 150 МПа.
Представленные графики показывают, что по мере увеличения шага свивки волокон Tв несущая способность стержня уменьшается, причем, начиная с шага Tв = 100 мм, это уменьшение становится не столь существенным. Что касается зависимости от шага свивки прядей в стержне, то вначале (примерно от значения Тп = 200 мм) с ростом шага Tп напряжения возрастают интенсивно, а затем более полого.
Расчет прочности, выполненный по теории канатов, показывает, что выполаживание кривых происходит при меньших значениях шага свивки прядей (Тв = 100 мм), причем это выполаживание даже для больших значений Tп более наглядно.
На рис. 6.10,б пунктиром показана кривая для Тв = 500 мм, вычисленная по теории прочности канатов.
Полученные теоретические результаты позволяют сделать вывод о том, что шаг свивки прядей между собой и армирующих волокон в самих прядях является конструктивным параметром, с помощью которого можно эффективно управлять упругими и прочностными характеристиками стержней, применяемых для армирования горных пород.