Способ усталостных испытаний листовых материалов с отверстиями под крепежные элементы

Способ усталостных испытаний листовых материалов с отверстиями под крепежные элементы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

П91 Ц11

25934 A (Я1) 4 F 16 В 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3809546/25-27 (22) 02.11.84 (46) 23.04.86. Бюл. Р 15 (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный институт им. акад. С.П. Королева (72) С.И. Козий, В.Н. Вякин, Г.Г. Карташов, A.Þ. Иголкин и В.С. Пепелин (53) 621.88(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 829301, 1981.

2-ОСТ 1 90214-75. (54)(57) СПОСОБ УСТЛЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С ОТВЕРСТИЯМИ ПОД КРЕПЕЖНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ, при котором образец прямоугольной пластины постоянной толщины закрепляют консольно, возбуждают в нем вынужденные ре— зонансные колебания и производят отсчет числа циклов нагружения образца до разрушения при постоянной амплитуде циклически меняющихся деформаций, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов испытаний, предварительно в образце формируют заданное ионе статических напряжений пу— тем создания радиальных сжимающих усилий по периметру отверстия под крепежные элементы.

1225934

Образец в виде пластины, например, иэ волокнистого композитного матерна- 40 ла типа углепластик, имеющий сквозное предварительное отверстие диаметром д„ „, размещают на матрице 1 и фиксируют прижимом 2. В отверстие образца устанавливают втулки 3 из пластич- 45 ного материала, например технически чистого алюминия (АДО). В соосных от верстиях матрицы 1, прижима 2 и втулки 3 размещают ступенчатый пуансон 4.

Высота втулки 3 превышает толщину об- 50 разца. К ступенчатому пуансону 4 прикладывают усилия Р, производят пластическую осадку втулки и соответственно вызывают увеличение диаметра

d, 8 до диаметра d (внутренний 55 диаметр втулки с1„ не изменяют). Увеличение диаметра отверстия в образце от Jg,„ no d, формирует по периметИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано при менительно к условиям работымеханических точечных соединений для определения степени влияния величины натягов, создаваемых при постановке крепежного элемента (заклепка, болт и т.д.) в отверстие смешанного пакета, на усталостную прочность листовых конструкционных материалов, образующих пакет, в том числе и их волокнистых композитных материалов.

Цель изобретения — повышение достоверности результатов испытаний.

На фиг. 1 приведен образец с отверстием из исследуемого материала, например углепластика, и размещенной в этом отверстии втулки из пластично-. го материала, исходное положение; на фиг. 2 — стадия окончания процесса осадки втулки из пластичного материала с созданием симметричного поля сжимающих радиальных напряжений; на фиг. 3 — экспериментальные зависимости числа циклов N до разрушения образцов при заданной циклически меняющейся относительной деформации изгиба от величины радиальной статической деформации Е при осадке втулки; на фиг. 4 — исходное положение пакета и оснастки перед постановкой болта; на фиг. 5 — силовая точка с оптимальными натягами в каждом из элементов пакета; на фиг. 6—, схема установки для осуществления предлагаемого способа, общий вид.

Способ осуществляется следующим образом.

35 ру симметричное поле напряжений, характеристики и протяженность которого определяют по величине радиальной деформации = (д п ед в) /с1 „6 или величиной натяга 1 = 3, — 3„, ° Конфигурацию несимметричного поля напряжений по периметру отверстия в исследуемом материале создают использованием втулки с неплоским (например, ступенчатым) рабочим торцом (со стороны пуансона 4).

Затем образец 5 закрепляют на установке, содержащей пневматический возбудитель 6 колебаний и струнное устройство 7, осуществляют высокочастотную энакопеременную нагрузку последнего (фиг. 6). При заданной степени деформации изгиба Г (фиг. 6) получают число циклов нагружения М образца до его разрушения. Экспериментальные зависимости N = f() или й= f4) для материалов элементов, составляю— щих пакет, получают, задаваясь величинами натягов = d — d„ ед или величинами радиальных деформаций

Я = 1 / dn . Далее по извес"ному базовому чйслу циклов работы Й„оэ конструкционных материалов применительно к условиям работы механического точечного соединения находят величины оптимальных натягов 1 и ez или де формаций, и F. для каждрго элемента пакета (фиг. 3).

Технологически обеспечение оптимальных натягов 1, и 1 в элементах

2 пакета достигают по описанной выше схеме с наличием в каждом из них своей деформированной втулки (фиг.4).

Пакет фиксируют прижимом 2 с заданным усилием P„ В отверстии прижима

2, соосном с отверстиями в элементах пакета (используют направляющие штифты), устанавливают втулку 3, имеющую диаметр стержня, равный d д„ . При воздействии ударника 4 импульсной силой P по втулке 3 осуществляют ее выпрессовку из элементов пакета и постановку по месту соединения. После чего производят образование замыкающей головки заклепки без раздачи стержня на толщине пакета. Получают силовую точку, например болтовое соединение (фиг. 5) в каждом элементе пакета, имеющее по периметру поле сжимающих напряжений с оптимальными параметрами.

Изобретение может быть использовано при изготовлении клепаных панелей, 1225934 состоящих из алюминиевой (Д1ЬАТ) об— шинки и стрингеров из бороалюминия (Aj(0 + В) с объемной долей упрочн :ющик волокон (25X) . Толщина обшивки и полок стрингеров по 2,0 мм. Перед 5 постановкой по месту соединения заклепок диаметром 4,0 мм из сплава В65 и клепки пакетов изготовлены иэ указанных материалов образцы с размерами: шириной 40 мм, длиной 150 мм. В цент- 1О ральной части образцов пробивают с помощью инструментальной оснастки, выполненной по 7-му квалитету точности, и магнитно-импульсного привода отверстия диаметрами 3 9 (в об- 1S разцах из бороалюминия) и 3,6 ооо7 (в образцах из Д16АТ). В отверстия образцов без зазорно устанавливают втулки из технически чистого алюминия (АДО) с толщиной стенки, равной 1,0мм.Высо- 20 та каждой втулки превышает толщину образца. На устройстве, позволяющем контролировать движение инструмента, производят пластическую осадку втулок с обеспечением заданных степеней 25 радиальных деформаций: для образцов из сплава Д16АТ от 0 до 10Х, для образцов из бороалюминия от 0 до 1,0Х.

Для обеспечения устойчивости технологического процесса образования зак-ЗО лепочного соединения заклепки прохо, О 2 дят калибровку до диаметра 4 0 мм.

После испытания образцов резонансным методом получают кривые зависимости числа циклов Й до разрушения образца (регистрировалось падение резонансной .частоты не более, чем на

20Х) от величины радиальной деформации отверстия Я . Получено, что при базовом числе циклов колебаний и = SOO тыс. оптимальные степени радиальных деформаций 0,8Х для образцов из бороалюминия и 1,32Х. для образцов иэ Д16АТ.

Отверстия в бороалюминиевых стрингерах и обшивке из сплава Д16ЛТ с целью гарантирования требуемых натягов изготавливают методом пробивки соответственно со следующими диаметрами 3,97 и 3,95 мм. Постановку заклепок в отверстия собираемых элементов производят с помощью ударника, приводимого в движение от магнитноимпульсной установки ИИУ-10 при энергии разряда в 2 кДж. После чего на выступающих частях стержней заклепок высверливают глухие отверстия (диаметром 1,5 мм, глубиной 6,0 мм) и затем выполняют образование замыкающих головок заклепок за два перехода.

Панели (6 штук) испытывают ла стенде, имитирующем эксплуатационные условия.

Предлагаемый спосс усталостных испытаний листовых материалов с отверстиями под крепсжные элементы позволяет повысить за счет оптимизации натяга ресурс работы панелей на 3040Х по сравнению с ресурсом аналогичных панелей, изготовленных без учета специфики эаклепочного соединенния на пакетах, содержащих волокнистые композиционные материалы, определить эксплуатационные характеристики будущего соединения наложением практически любого по конфигурации поля сжимающих напряжений и прогнозировать прочность соединений в условиях эксплуатации и этим резко уменьшить объем натурных образцов макетов.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет сократить более чем в 10 раз длительность испытаний и значительно сократить объем испытываемых материалов, что весьма важно для элементов конструкций из волокнистых композиционных материалов, так как их стоимость во много раз превышает стоимость традиционных материалов.

1,"259 34

"Юаз

62 Су Е = <.у <пре88

/77Ь//,Г

CCl

Составитель П. Проконичев

1 екред И. Верес Корректор 11. Illapoinv

Редактор Г. Волкова

Заказ 2108/2

Тираж 777 Попнисное

131111IIIII I Гоеудар<.твенного комитета СССР д е л а м и з о б 1> е т е н и и(и c) t K p f 3 (É

1 I 3(3 3, Ini кв», 11(-35, Раушс кая наб., д, 4/5

Производ<.твенно-нюлиграфнчг< к и нреднрия п е, г. Ужгород, ул. Ilp()(. ê Tíàí, 4