Поведение рукава при гидравлическом испытании. Практика гидравлического испытания напорных рукавов с небольшим количеством тканевых прокладок, закроенных под углом 45°, показывает, что при возможности свободного изменения диаметра и длины рукава с повышением давления вначале происходит некоторое увеличение наружного диаметра и уменьшение длины рукава, заканчивающееся, в последующем, увеличением обоих этих параметров. При испытании рукавов с оплеткой наблюдается либо описанное, либо обратное явление: увеличение длины и уменьшение диаметра рукава, зависящие от величины угла расположения нитей оплетки по отношению к образующей. Рукава с оплеткой, положенной под углом менее 54—55°, при поднятии давления увеличиваются по диаметру и уменьшаются по длине; угол оплетки увеличивается. Рукава с оплеткой, положенной под углом, большим 55°, увеличиваются по длине и уменьшаются по диаметру; угол оплетки уменьшается. Рукава с оплеткой, положенной под углом 54—55°, вначале мало изменяются по диаметру или по длине. В рукавах с тканевыми прокладками, помещенными так, что по окружности рукава располагаются нити утка, а по длине нити основы (или наоборот), практически не наблюдается заметного изменения угла расположения нитей; длина и диаметр рукава увеличиваются одновременно.
Описанное изменение размеров рукава в условиях гидростатиче ского его нагружения — следствие двух одновременно проявляю щихся причин: смещения нитей под влиянием сил, развивающихся в стенке рукава при повышении в нем давления, и растяжения ни тей из-за возрастающего их нагружения. Причиной смещения нитей являются силы, развивающиеся в стенке рукава слоистой структуры под действием давления на внутреннюю его поверх ность. Смещение теоретически продолжается до тех пор, пока нити не примут направление, совпадающее с направлением внутренних сил в каркасе. Практически же смещение нитей, так называемое становление каркаса, проявляется лишь в большей или меньшей степени в зависимости от сдвиговой жесткости каркаса. Последняя обусловлена: видом и плотностью m элементов текстильной коп струкции, величиной конструкционных (начальных) углов ак; количеством несущих нагрузку слоев каркаса; типом резины, заполняющей клетки между нитями и составляющей резиновые про слойки. Если модуль упругости материала, образующего каркас, мал, увеличение размеров диаметра, вследствие растяжения нитей рукава, становится значительным даже в рукавах с элементами, уложенными под углом, большим 55°.
Геометрическая интерпретация положения элемента каркаса рукава. Структура каркаса рукава определяет его прочность и возможные изменения геометрических параметров. Применяя метод развертки на плоскость внутренней поверхности каркаса рукава (см. рис. 82), можно исследовать геометрию каркаса рукава. Зависимость геометрических параметров, определяемая уравнением
Два последних уравнения позволяют дать геометрическую интерпретацию элемента конструкции каркаса при постоянной длине этого элемента l и переменном значении угла а. Допустив, что нити каркаса абсолютно жестки, исследуем зависимость изменения внутренней поверхности Si каркаса рукава и объема Vi по этой поверхности от изменения величины угла а. Боковая поверхность цилиндра, на котором положен трехмерный спиральный виток длины l, определяется уравнением (12.3). Дифференцируя его, получаем:
Экстремальное значение определяется уравнением
.jpg){kind=small}
Согласно рис. 183, необходимо принять положительное значение критического угла. При найденном его значении вторая производная отрицательна:
Следовательно, при закрое ткани под углом 45° внутренняя поверхность каркаса рукава Si имеет максимальную величину.
При увеличении диаметра такого рукава, происходящем при гидравлическом испытании, ткань каркаса размещается по меньшей поверхности. Это обстоятельство, наряду со сдвиговой жесткостью каркаса, затрудняет перемещение элементов конструкции рукава с тканевыми прокладками, чем и объясняется обычно наблюдаемое отставание увеличения диаметра рукава с тканевыми прокладками при разрыве против ожидаемого по расчету.
Объем рассматриваемого цилиндра определяется уравнением (12.4).
По замечанию, приведенному выше, критическое значение определяется следующим уравнением:
При найденном критическом значении угла а вторая производная, равная
Строго говоря, изложенные суждения применимы лишь для «идеального» каркаса, образованного двумя слоями обмотки нитями малой толщины, к смещению которых, из-за наличия резиновой прослойки, не встречается внешних препятствий. Эти суждения не могут быть распространены на случай граничных значений углов а, равных 0 и 90°.