Работоспособность нахлесточных клеемеханических соединений при циклическом растяжении-сжатии
Аннотация
металл, армированных самонарезающими винтами малого диаметра, в условиях малоциклового сдвигового нагружения (от 1·103 до 2·104 циклов). Проверена эффективность разработанного метода увеличения долговечности клеемеханического нахлесточного соединения. Суть метода – снижение контактных напряжений за счет заполнения зазоров между винтом и стенкой отверстия в композите полимером – полиэфирной смолой холодного отверждения. Усталостные характеристики образцов исследованы на установ-
ке Instron Electropuls 3000 при циклическом знакопеременном симметричном нагружении для двух групп образцов: исходных и модифицированных при помощи разработанного метода увеличения долговечности.
В диапазоне амплитуд нагрузок растяжения – сжатия от 150 до 200 Н выявлены
основные механизмы накопления повреждений в образцах, приводящие к характерным особенностям циклических диаграмм «сила – перемещение», а также диаграмм изменения условной податливости образцов, характеризуемой отношением размаха перемещений к размаху силы, в зависимости от количества циклов. Основной причиной наступления предельного состояния образцов, характеризуемого лавинообразным увеличением податливости, является рост усталостной трещины в самонарезающем винте в зоне перехода от витка к телу винта с малым радиусом кривизны. Результаты малоцикловых испытаний модифицированных образцов с инженерной точностью аппроксимируются степенными функциями, что позволило разработать две различные зависимости, позволяющие проводить обоснованную экстраполяцию в область многоциклового нагружения.
При одинаковой величине податливости, соответствующей наступлению предель-
ного состояния, модифицированные образцы демонстрируют в 4,2 раза большую долговечность и в 1,5 раза меньший разброс результатов испытаний, что подтверждает эффективность разработанного метода снижения контактных напряжений.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Vaidya U. Composites for Automotive, Truck and Mass Transit: Materials, Design, Manufacturing. USA, DEStech Publications, 2010. 433 p.
Tong L., Steven G. Analysis and Design of Structural Bonded Joints. Kluwer Academic Publishers Group, 2006. 288 p.
Matsuzaki R. Improving Performance of GFRP / Aluminium Single Lap Joints Using Bolted / Co-cured Hybrid Method. J. Composites, Part A, 2008, vol. 39, pp. 154–163. DOI:10.1016/j.compositesa.2007.11.009
Heslehurst R. Design and Analysis of Structural Joints with Composite Materials. USA, DEStech Publications, 2013. 464 p.
Son H.-G., Park Y.-B., Kweon J.-H., Choi J.-H. Fatigue Behaviour of metal Pin-Reinforced Composite Single-Lap Joints in a Hygrothermal Environment. J. Composite structures, 2014, vol. 108,
no. 1, pp. 151–160. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.09.012
Grassi M., Cox B., Zhang X. Simulation of Pin-reinforced Single-Lap Composite Joints. J. Composites Science and Technology, 2006, vol. 66, no. 11, pp. 1623–1638. DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.11.013
Heimbs S., Nogueira A.C., Hombergsmeier E., May M., Wolfrum J. Failure Behaviour of Composite T-joints With Novel Metallic Arrow-pin Reinforcement. J. Composite Structures, 2014, no. 110, pp. 16–28. DOI: 10.1016/j.compstruct.2013.11.022
Kelly G. Quasi-static Strength and Fatigue Life of Hybrid (Bonded/Bolted) Composite Single-Lap Joints. J. Composite Structures, 2006, no. 72, pp. 119–129. DOI: 10.1016/j.compstruct.2004.11.002
Barut A., Madenci E. Analysis of Bolted–Bonded Composite Single-Lap Joints under Combined In-Plane and Transverse Loading. J. Composite Structures, 2009, no. 88, pp. 579–594. DOI:
1016/j.compstruct.2008.06.003
Hai N.D., Mutsuyoshi H. Structural Behavior of Double-Lap Joints of Steel Splice Plates Bolted/Bonded to Pultruded Hybrid CFRP/GFRP Laminates. J. Construction and Building Materials,
, no. 30, pp. 347–359. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2011.12.001
Di Franco G., Fratini. L, Pasta A. Analysis of the Mechanical Performance of Hybrid (SPR/bonded) Single-Lap Joints Between CFRP Panels and Aluminum Blanks. J. International Journal
of Adhesion & Adhesives, 2013, no. 41, pp. 24–32. DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2012.10.008
Mossalam A.S. Design guide for FRP Composite Connections. Reston VA, American Society of Civil Engineers, 2011.
Hollaway L.C. Polymers and Polymer Composites in Construction. London, T. Telford, 1990. 275 p.
Carpino G., Giorelo G., Nele L., Squillace A. Pin-Bearing Strength of Glass Mat Reinforced Plastics. J. Composites, Part A, 2002, no. 33, pp. 779–785. DOI: 10.1016/S1359-835X(02)00023-4
Сапожников С.Б., Безмельницын А.В. Неоднородность локальной жесткости и прочности композита на основе стекломата. Вестник Перм. нац. исследоват. политехн. ун-та. Серия «Механика». 2012. № 2. С. 167–176. [Sapozhnikov S.B., Bezmelnitsyn A.V. (The Inhomogeneity of the Local Stiffness and Strength of a Composite Based on Glass Mat). J. PNRPU Mechanics Bulletin, 2012, no. 2, pp. 167–176. (in Russ)]
Шакиров А.А., Халилова Р.Г., Сапожников С.Б. Повышение жесткости нахлесточных клеемеханических соединений, армированных самонарезающими винтами. Вестник ЮУрГУ.
Серия «Машиностроение». 2014. Т. 14, № 4. С. 30–36. [Shakirov A.A., Khalilova R.G., Sapozhnikov S.B. (Stiffening of Single-Lap Hybrid Joints ReinForced with Self-Tapped Screws). Bulletin of the
South Ural State University. Ser. Mechanical Engineering Industry, 2014, vol. 14, no. 4, pp. 30–36. (in Russ)]
Terostat 8590. Tekhnicheskoe Opisanie Produkta [Technical Product Description]. Available at: http://www.hillmann-geitz.de/media/catalog/product/Dateien/101634471_TDB_Terostat_8590_
schwarz__600ml.pdf.
Shurup-Samorez Universal'nyy UK [The Universal Screw-Self-Tapping Screw]. Available at: http://metall.nk-groupltd.ru/SHURUP-SAMOREZ-UNIVERSALNIJ-UK.html.
Butanox M-50. Tekhnicheskoe Opisanie Produkta [Technical Product Description]. Available at: http://www.pcpds.akzonobel.com/PolymerChemicalsPDS/showPDF.aspx?pds_id=623.
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.