Прогнозирование разрушения клеевой прослойки
Прочность клеевого соединения при нормальном отрыве на примере композита из алюминиевых пластин, склеенных эпоксидным клеем. Влияние геометрических размеров клеевой прослойки на прочность композита. Формулы для критических нагрузок при плоской деформации.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 74,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ КЛЕЕВОЙ ПРОСЛОЙКИ
Астапов Н.С., Демешкин А.Г., Корнев В.М.
Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН,
Новосибирский государственный университет
Введение
Экспериментально исследована прочность клеевого соединения при нормальном отрыве на примере композита из алюминиевых пластин, склеенных эпоксидным клеем DER331 (рисунок). Изучено влияние геометрических размеров (толщины и длины) клеевой прослойки на прочность композита.
Схема образца из алюминиевых пластин с эпоксидной прослойкой.
При аналитическом моделировании клеевое сочленение считается трехслойным структурированным композитом, в котором плоская трещина расположена параллельно узкой прослойке. Для описания процесса разрушения такого композита применяется модифицированная модель Леонова-Панасюка-Дагдейла, использующая дополнительный параметр - поперечник зоны пластичности (ширину зоны предразрушения) клеевого слоя. Рассматриваются материалы с регулярной структурой, которые имеют хрупкий или квазихрупкий тип разрушения. Учтены конечные размеры образцов. В условиях плоской деформации получены формулы для критических нагрузок. деформация композит клей алюминиевый
Расчеты подтвердили правомерность использования модифицированной аналитической модели для прогнозирования разрушения клеевого композита.
Натурные эксперименты. На рисунке приведена схема соединения пластин. Размеры мм, мм и мм алюминиевых пластин образцов во всей серии экспериментов оставались постоянными. Варьировались только длина непроклеенного участка, моделирующего краевые трещины, и расстояние h между пластинами. Толщина h клеевого слоя определялась фторопластовыми прокладками, расположенными симметрично по краям алюминиевых пластин. Для исследования влияния толщины прослойки на прочность композита одновременно склеивалась партия из четырех образцов с различной толщиной h=0,06 мм; 0,1 мм; 0,2 мм и 0,7 мм клеевой прослойки и одной и той же длиной свободного от клея участка с каждой стороны образца. Испытание композитных образцов проводилось непосредственно после полимеризации клея, которая протекала в течение 20 часов при температуре 20-22С. Для улучшения адгезии поверхность алюминиевых пластин обрабатывалась на шлифовальном круге с крупным зерном, после чего поверхность приобретала матовый оттенок. К каждому из склеиваемых образцов прикладывалось одинаковое фиксированное давление в течение всего времени полимеризации смолы, то есть в течение 20 часов. Тем не менее, при перемешивании смолы и отвердителя возникали пузырьки, которые вследствие вязкости смолы не исчезали и влияли на разброс значений прочности склейки при нормальном отрыве. Растяжение композитных образцов нагрузкой P проводилось с одинаковой скоростью на установке рычажного типа. В таблице 1 для каждой толщины клеевого слоя и каждого значения площади его нанесения приведены по три результата испытаний. Наибольший разброс разрушающих нагрузок P для конкретного значения толщины клеевого слоя и площади его нанесения достигал 20%.
Таблица 1. Результаты натурных экспериментов
|
Длина трещины l=1 мм |
Длина трещины l=5 мм |
||||||||
|
h, мм |
0,06 |
0,1 |
0,2 |
0,7 |
0,06 |
0,1 |
0,2 |
0,7 |
|
|
P, кг |
1600 |
1700 |
2100 |
1610 |
1350 |
1520 |
1520 |
810 |
|
|
1850 |
1870 |
2150 |
1650 |
1360 |
1620 |
1670 |
920 |
||
|
1860 |
2100 |
2250 |
1670 |
1420 |
1760 |
1750 |
1020 |
||
|
Длина трещины l=15 мм |
Длина трещины l=25 мм |
||||||||
|
h, мм |
0,06 |
0,1 |
0,2 |
0,7 |
0,06 |
0,1 |
0,2 |
0,7 |
|
|
P, кг |
740 |
790 |
860 |
590 |
250 |
280 |
330 |
230 |
|
|
800 |
870 |
890 |
620 |
255 |
295 |
350 |
240 |
||
|
840 |
890 |
900 |
650 |
280 |
310 |
370 |
240 |
При анализе влияния толщины клеевой прослойки на прочность композита из склеенных пластин при данной технологии склейки было замечено, что наибольшая прочность достигалась при определенном оптимальном значении толщины слоя, приближенно равном 0,2 мм. Увеличение или уменьшение толщины клеевой прослойки с дискретностью, указанной в табл.1, независимо от площади нанесения клея приводило к уменьшению прочности склейки.
Модифицированная модель Леонова-Панасюка-Дагдейла. Для описания продвижения плоской трещины, расположенной на границе двух сред или внутри плоской прослойки используется достаточный критерий разрушения [1-2]
,, (1)
(подход Нейбера-Новожилова). Выражение нормального напряжения на продолжении трещины с учетом конечных размеров образцов выбрано в виде
, (2)
где . Из равенств (1), где - полураскрытие трещины, для критической нагрузки находим [1-2]
, (3)
при для внутренней трещины и для граничной трещины, то есть для трещины, проходящей по линии раздела сред в композите.
Прогнозирование критической нагрузки разрушения композита. Выберем из табл.1 данные трех испытаний и составим систему трех уравнений с помощью выражения (3). Решив полученную систему уравнений, найдем значения трех неизвестных параметров: предела прочности клея кг/мм, безразмерного показателя пластичности клея и характерного линейного размера структуры клея мм. После этого можно использовать формулу (3) для предсказания разрушающей нагрузки композитного образца при заданной длине трещины и толщине h клеевой прослойки. В табл.2 представлены результаты прогнозирования разрушающей нагрузки для образцов с длиной трещины мм.
Таблица 2. Результаты аналитического прогнозирования
|
h мм |
Эксперимент ( - в мм, - в кг) |
Найдено (теория) |
Прогноз (теория) |
Эксперимент |
|||||
|
мм |
мм |
||||||||
|
0,06 |
2,4 |
4,4 |
13 |
||||||
|
0,1 |
3 |
3,8 |
7,2 |
||||||
|
0,2 |
3,5 |
2,5 |
6,9 |
||||||
|
0,7 |
2,9 |
0,8 |
5,6 |
Выводы
Натурные эксперименты показали, что при возрастании толщины клеевой прослойки, разрушающая нагрузка сначала возрастает, затем, достигнув максимума, убывает. В проведенных экспериментах оптимальная толщина клеевого слоя оказалась одной и той же независимо от площади его нанесения.
По результатам расчетов можно сделать заключение, что использование структурных формул типа (3) в целом дает удовлетворительное предсказание разрушающей нагрузки в зависимости от длины исходной трещины. Таким образом, рассматриваемая аналитическая модель позволяет уменьшить количество натурных испытаний для прогнозирования разрушающей нагрузки.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (код проекта 11-08-00191) и в рамках проекта № 25.8, входящего в программу Президиума РАН.
Список литературы
1. Корнев В.М., Демешкин А.Г. Диаграмма квазихрупкого разрушения тел со структурой при наличии краевых трещин // ПМТФ. 2011. Т. 52, № 6. С. 152-164.
2. В. Д. Кургузов, В. М. Корнев. Построение диаграмм квазихрупкого и квазивязкого разрушения материалов на основе необходимых и достаточных критериев // ПМТФ. 2013. Т. 54, № 1. С. 179-195.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы получения неразъемных соединений термопластичных полимерных материалов. Классификация относительно ультразвуковой сварки. Процесс сварки термопластов. Контроль качества сварных соединений. Факторы, влияющие на прочность клеевого соединения.
курсовая работа [522,9 K], добавлен 26.03.2014Понятие и принцип действия клеевых машин, их структура и строение, взаимодействие отдельных элементов и валов. Отличительные особенности стандартной и расширенной комплектации. Требования для нанесения слоя покрытия на жесткие материалы и полосами.
презентация [116,4 K], добавлен 26.05.2015Создание композиционного материала (КМ) на основе никеля для повышения жаропрочности существующих никелевых сплавов. Технология изготовления КМ, его характеристика. Компоненты композита, матрица, армирующий элемент. Применение металлических композитов.
курсовая работа [965,7 K], добавлен 25.10.2012Технологическая характеристика древесно-полимерного композита и исходного сырья - древесной муки. Генеральный план промышленного предприятия. Объемно-планировочное решение производственного здания. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций.
курсовая работа [9,5 M], добавлен 24.04.2015Понятие высокой технологичности изделия в процессе его проектирования. Форма и классификация пластмассовых продуктов по степени сложности, их основные конструктивные элементы. Простановка размеров на чертежах и клеевые соединения деталей между собой.
контрольная работа [62,7 K], добавлен 23.01.2011Исследование разрушения соединительных болтов, верхнего и нижнего поясов подъемного крана. Определение силовых факторов в стреле крана. Проверка прочности и устойчивости верхнего пояса. Расчетное обоснование разрушения болтов фланцевого соединения.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 06.01.2014Определение геометрических характеристик поперечного сечения бруса. Расчет на прочность и жесткость статических определимых балок при плоском изгибе, построение эпюры поперечных сил. Расчет статически не определимых систем, работающих на растяжение.
контрольная работа [102,8 K], добавлен 16.11.2009Определение различных факторов, которые оказывают то или иное влияние на прочность фанеры с помощью методов поиска литературных источников, "мозгового штурма" и анкетирования с участием трех экспертов. Порядок обработки информации методом конкордации.
курсовая работа [197,1 K], добавлен 19.05.2013Анализ ассортимента и качества обуви на действующем потоке. Расчет потребности вспомогательных материалов для сборки заготовок. Сравнительная характеристика различных типов оборудования для клеевой затяжки. Обоснование выбора материалов деталей обуви.
дипломная работа [7,3 M], добавлен 03.09.2014Действие на конструкцию внешних или рабочих нагрузок. Стержень, работающий на изгиб. Методы расчета пластин, оболочек и массивных тел при больших деформациях. Принцип независимости действия сил и суперпозиции, неизменности геометрических размеров.
контрольная работа [238,8 K], добавлен 11.10.2013Сбор нагрузок и статический расчет. Расчет на прочность разрезных балок сплошного сечения из стали. Проверка сечения по касательным напряжениям. Проверка прогиба. Конструирование главной балки. Компоновка составного сечения. Определение размеров стенки.
курсовая работа [122,2 K], добавлен 24.10.2013Определение размеров деталей или внешних нагрузок, при которых исключается возможность появления недопустимых с точки зрения нормальной работы конструкции деформаций. Напряжения в точках поперечного сечения при изгибе с кручением. Расчет на прочность.
курсовая работа [1017,9 K], добавлен 29.11.2013Влияние пластических свойств металла на прочность при наличии сварочных напряжений. Угловые деформации при сварке таврового соединения, их определение от двухстороннего шва. Определение остаточного прогиба и продольного укорочения тавровой балки.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 26.02.2010Определение размеров аппарата с приводом. Прибавка для компенсации коррозии. Расчет аппарата на прочность. Расчет элементов механического перемешивающего устройства. Выбор опор и проверка на прочность. Выбор штуцеров и люков. Проверка на грузоподъемность.
курсовая работа [97,4 K], добавлен 18.10.2012Строение современной обуви, ее классификация и характеристика основных видов. Структура и разнообразие материалов, применяемых для заготовок верха обуви. Сущность и применение ниточного, клеевого и сварочного методов сборки, их преимущества и недостатки.
курсовая работа [300,9 K], добавлен 26.04.2010Зависимость свойств материалов от вида напряженного состояния. Критерии пластичности и разрушения. Испытание на изгиб. Изучение механических состояний в зависимости от степени деформирования. Задачи теорий пластичности и прочности. Касательное напряжение.
презентация [2,7 M], добавлен 10.12.2013Проверка прочности ступенчатого стержня при деформации растяжение и сжатие. Расчет балки на прочность при плоском изгибе. Определение статически определимой стержневой системы, работающей на растяжение. Сравнение прочности балок различных сечений.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 18.05.2015Выполнение инженерных расчетов по технологии прокатного передела на примере определения показателей деформации листового проката. Вычисление геометрических размеров полосы по клетям при горячей (холодной) прокатке. Расчет показателей деформации.
курсовая работа [84,6 K], добавлен 17.12.2013Клеевые соединения как наиболее прогрессивный вид соединений элементов деревянных конструкций заводского изготовления. Анализ факторов, влияющих на склеивание древесины. Рассмотрение особенностей механической обработки пиломатериалов перед склеиванием.
контрольная работа [740,1 K], добавлен 30.01.2013Вещественный, химический и минералогический состав гидравлической извести. Хранение сырьевых материалов для ее производства. Физико-химические процессы, происходящие при твердении. Температурные условия твердения. Условия разрушения (коррозии) композита.
курсовая работа [105,8 K], добавлен 04.01.2011
