Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя

Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля и исследования прочности при сдвиге клеевых соединений оболочек типа тел вращения.

Известен способ определения прочности клеевых соединений (ГОСТ 14759-69 Клеи. Метод определения прочности при сдвиге). Известен способ определения прочности клеевых соединений (РТМ 1. 2. 126 - 88 Клеи. Метод определения прочности при сдвиге клеевых соединений листовых неметаллических материалов). Сущность методов заключается в определении разрушающей силы при растяжении образца, склеенного внахлестку, усилиями, стремящимися сдвинуть одну половину образца относительно другой. Основным недостатком этих методов является наличие краевого эффекта: наибольшие уровни напряжений реализуется на краях образцов и кроме касательных напряжений появляются нормальные напряжения (напряжения отрыва).

Наиболее близким из них по технической сущности к заявленному решению является способ определения прочности при осевом сдвиге клеевых соединений трубчатых образцов (ОСТ 1 90 358-84 Клеи. Метод определения прочности вспененных клеевых соединений металлов при осевом сдвиге образцов типа «труба в трубе»), включающий нагружение клеевого соединения образца телескопического типа сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг по поверхности склеивания внутренней части образца относительно внешней в направлении его оси и определение величины разрушающей силы при статическом нагружении клеевого соединения. При этом распределение напряжений вдоль образующей в клеевом слое образца имеет равномерный характер.

Однако данный способ определяет лишь прочность на сдвиг клеевого соединения образца, которая в определенной степени характеризует технологию сборки образца и качество используемого сырья, не позволяя в полной мере оценить свойства узла соединения натурного изделия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности контроля прочности клеевого соединения керамических обтекателей в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ за счет замены испытаний натурных изделий их моделями, воспроизводящими условия работы клеевого соединения.

Поставленная задача достигается следующим образом.

Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя, включающий определение величины разрушающей силы и соответствующих перемещений при статическом нагружении клеевого соединения образца типа «труба в трубе» сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг внутренней трубы относительно внешней трубы в направлении оси образца, отличающийся тем, что размеры клеевого соединения модельного образца и сжимающее усилие, в результате которого в клеевом слое возникают деформации сдвига, подбираются с учетом соответствия напряженного состояния клеевого слоя в клеевом соединении керамического обтекателя и напряженного состояния клеевого соединения модельного образца с использованием конечно-элементных моделей, при этом соотношение между эквивалентными напряжениями в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя, геометрическими параметрами клеевого слоя модельного образца и усилием, сдвигающим внутреннюю трубу модельного образца, определяется по формуле:

где σ_{экв. узла} - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя; σ_{экв. модели} - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое модельного образца; F - усилие, сдвигающее внутреннюю трубу модельного образца; D - диаметр клеевого слоя модельного образца; L - высота клеевого слоя модельного образца.

При построении конечно-элементной модели клеевого соединения керамического обтекателя и модельного образца в качестве критерия разрушения клеевого слоя при действии осевой силы принимается максимальный уровень эквивалентных напряжений (критерий Мизеса). Конечно-элементная модель построенная в системе FEMAP-NASTRAN, состоит из конечных элементов типа SOLID, позволяющих определять касательные и эквивалентные (по Мизесу) напряжения в клеевом слое. Модель учитывает геометрические параметры, действующие нагрузки и физико-механические характеристики материалов узла соединения контролируемого натурного изделия и образца.

Выбранные (рассчитанные) по предложенной модели размеры образца и площади склейки керамики с металлом обеспечивают соответствие напряженного состояния клеевого соединения модельного образца напряжениям, возникающим в клеевом соединения контролируемого натурного изделия, как по характеру распределения напряжений, так и по соотношению между компонентами напряжений.

Предлагаемый способ оценки прочности при сдвиге соединения керамического обтекателя реализуется следующим образом.

Схематичное изображение используемого для реализации заявляемого способа модельного образца телескопического типа приведено на фигуре 1. Модельный образец состоит из металлической вставки 1, моделирующей шпангоут обтекателя, представляющей собой круглый тонкостенный цилиндр с основанием и центрирующим отверстием, а также цилиндрического керамического кольца, моделирующего оболочку обтекателя 2. Керамическое кольцо и металлическая вставка соединяются клеевым слоем 3.

Схематическое изображение образца телескопического типа, установленного в приспособление для испытания, приведено на фигуре 2. Приспособление для испытания состоит из пуансона 4 и опоры 5 для установки на испытательную машину.

Образец устанавливают в специальных приспособлениях между опорами, испытывают на сдвиг с записью диаграммы «нагрузка-перемещение», определяют прочностные и деформационные характеристики клеевого соединения образца и по полученным результатам оценивают прочность и жесткость при сдвиге соединения контролируемого натурного керамического обтекателя, сравнивая их с заданными базовыми значениями.

Для проведения испытаний по заявляемому способу не требуется создания специальных нагружающих устройств, достаточно наличия стандартной универсальной испытательной машины.

При изучении других технических решений в данной области техники установлено, что рассмотренные в способе отличительные признаки ранее не встречались, способ соответствует критерию изобретения «новизна» и обеспечивает достижение указанного технического результата изобретения - повышение эффективности контроля прочности клеевого соединения керамических обтекателей. Таким образом, заявляемое техническое решение - способ соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ может найти применение в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ для оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя и контроля клеевых соединений различных оболочек вращения.

Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя, включающий определение величины разрушающей силы при статическом нагружении клеевого соединения образца типа «труба в трубе» сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг внутренней трубы относительно внешней трубы в направлении оси образца, отличающийся тем, что размеры клеевого соединения модельного образца и сжимающее усилие, в результате которого в клеевом слое возникают деформации сдвига, подбираются с учетом соответствия напряженного состояния клеевого слоя в клеевом соединении керамического обтекателя и напряженного состояния клеевого соединения модельного образца с использованием конечно-элементных моделей, при этом соотношение между эквивалентными напряжениями в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя, геометрическими параметрами клеевого слоя модельного образца и усилием, сдвигающим внутреннюю трубу модельного образца, определяется по формуле:

где σ_{экв. узла} - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя; σ_{экв. модели} - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое модельного образца; F - усилие, сдвигающее внутреннюю трубу модельного образца; D - диаметр клеевого слоя модельного образца; L - высота клеевого слоя модельного образца.