Ткани с эластомерным покрытием – конструкционный материал для мягких оболочек.

Типичным представителем ЭТМ является равнопрочная по основе и по утку ткань с нанесенным с двух сторон тонким слоем резинового покрытия - так называемая прорезиненная ткань. Первые прорезиненные ткани делали на основе текстилей из натуральных волокон  и натурального каучука. В ХХ веке появились материалы второго поколения: ткани из химических и синтетических волокон, а натуральный каучук вытеснили синтетические каучуки, а также  термопластичные композиции.

Мягким оболочкам, в отличие от конструкций из традиционных жестких материалов, присущи большие деформации под действием сжимающих, растягивающих и изгибающих нагрузок.  Поскольку в условиях эксплуатации конструкционные  материалы оболочек   подвергаются двуосному растяжению, для правильного суждения о взаимозависимости между напряжениями и деформациями в ткани в целом необходимо также изучать их в условиях и двуосного растяжения и сдвига. Методики исследований напряженно-деформированного состояния прорезиненных тканей и способы построения так называемых «нормальной» и «касательной» характеристик материалов на основе текстилей  впервые предложили немецкие инженеры Р. Гаас и А. Дитциус в своей работе  [ 7 ]. Они исследовали свойства однослойных и многослойных прорезиненных тканей при растяжении в одноосном и двухосном напряженном состоянии, изучили явления сдвига нитей, увеличения диаметра поперечного сечения, продольного укорочения и скручивания оболочки вследствие деформаций. Ясность изложения, строгая научность предлагаемых методов, надлежащее сопровождение теоретических выкладок экспериментами и подведение под расчеты мягких оболочек солидного фундамента из области сопротивления материалов сделали эту работу классической. До настоящего времени на нее опирается подавляющее большинство теорий  и методик  практического расчета конструкций из мягких материалов. Авторы также впервые  вывели формулы, устанавливающие зависимости между напряжениями, радиусом кривизны  и деформациями в безмоментных мягких оболочках.

Особо следует остановиться на зависимостях между напряжениями и деформациями в мягких оболочках при растяжении под действием внутреннего давления и дополнительных нормальных сил. В однородных высокомодульных жестких материалах, подчиняющихся принципу независимости действия сил, по величине каждого отдельного нормального напряжения можно определить соответствующее удлинение и поперечное сжатие, не обращая внимания на другое напряжение, а затем уже вычислить общее удлинение, как алгебраическую сумму частных. Так как диаграмма удлинений в пределах практического применения есть прямая линия (закон Гука), то ее можно заменить числом,  а именно тангенсом угла наклона деформационной прямой (модулем упругости).

В работе Р. Гааса и А. Дитциуса утверждается, что для мягких материалов такая замена невозможна. Кроме того, показано, что отношение между удлинением в одном направлении и одновременном сжатии в другом, перпендикулярном к первому, есть величина постоянная. Поэтому для деформационных характеристик материалов на основе тканей нужны две диаграммы,  отдельно для каждого направления нитей.

Доказано, что принцип независимости действия сил к резинотканевым  материям не применим, т.к. деформации, образующиеся от поперечных напряжений, зависят от продольных,  и наоборот. Таким образом, каждая из двух упомянутых диаграмм не исчерпывается только одной кривой, а состоит из семейства кривых, среди которых и находится каждая частная диаграмма удлинений, отвечающая переменному поперечному напряжению и постоянному продольному (или наоборот). Эти диаграммы, состоящие из двух семейств кривых, получили название «нормальных характеристик» мягкого материала (рис. 1.27, 1.28). Используя нормальные характеристики, возможно, применяя в первом приближении расчетные натяжения в материале при воздействии внутреннего давления и внешних сил, определить раскройную форму мягкой оболочки. При этом возникающие деформации, приводящие к  искажению формы оболочки,  будут минимальны.

Свойства армирующего  текстиля в материале для мягких оболочек отвечают за такие показатели, как прочность на разрыв и раздир, прочность связи с полимерным покрытием (адгезию), деформационные характеристики под нагрузкой, модули растяжения и сдвига и стабильность размеров оболочки, стойкость к многократным деформациям, огнестойкость и теплостойкость, изменение прочности со временем под воздействием факторов окружающей среды, массу, прочность швов и др. 

Рис. 1.27. Диаграмма нормальных характеристик хлопчатобумажного текстиля по основе и по утку

На рис. 1.28 отметки на абсциссах показывают величины переменного нагружения исследуемого направления, а сплошные линии – значения отвечающих им удлинений, Пунктирные линии показывают удлинения второго направления, на котором действует постоянная нагрузка. Цифры у кривых обозначают величины  отвечающих им постоянных нагрузок.

Рис.1.28. Нормальные характеристики двухслойной прорезиненной  ткани № 51-019 на основе полиамидного текстиля. Кривые зависимости деформаций от натяжений при натяжениях по утку (dаN/м): 1- 0; 2 – 500,0; 3 – 1000,0;  4 – 1250,0; 5 – 1750

"Ткани с эластомерным покрытием для мягких оболочечных конструкций"

Авторский коллектив; Л.Е. Ветрова, к.х.н В.Ф. Ионова,  П.В. Таскаева, к.т.н. А.Т. Титаренко, к.т.н. В.П. Шпаков

Под общей редакцией  к.т.н. В.П. Шпакова