Справочник по композиционным материалам

Критерии проектирования

Основные критерии проектирования соединений композицион­ных материалов зависят от типа структур, назначения соединяе­мых деталей, типа соединения и целого ряда других факторов.

Рис. 22.1. Типы соединений деталей из композитов:

А — простые соединения: 1 — обычное иахлесточиое; 2 —« нахлесточиое с изгибом: 3 — стыковое с простой накладкой; 4 — стыковое со скошенной накладкой; 5 — соединения в ус с накладкой; б — двойные соединения; 6 — стыковое с двумя накладками; 7 — дву­стороннее нахлесточиое; 8 — скошсииое двустороннее нахлесточиое

Кроме того, в рекомендациях, представленных ниже, будут опи­сываться материалы с высокими прочностными характеристиками: несущей способностью, пределом прочности в плоскости образца. Одновременно будет определяться распределение напряжений в концентраторе — отверстии для механических соединений. Кон­струкции соединений должны быть подвергнуты испытаниям при статических нагрузках, определены их усталостные свойства и влияние окружающей среды. Разрушение композита в резуль-

Овчи, мпа

Критерии проектирования

Рис. 22.2. Напряжения в композитах:

А — распределение напряжений в окрестности отверстия в композите: 1 — изотропный стеклопластик; 2 — однонаправленный боро - и углепластик, кевлар-эпоксидный компо­зиционный материал; к — коэффициент концентрации напряжений; l — расстояние от центра отверстия; R — радиус отверстия; б — напряжения смятия в направлении вы­кладки авчи (материал — стеклотекстолит на основе ткаии 181 и полиэфира) при иагру - женин по основе

22.1. Предел прочности при смятии в зависимости от соотношения D/t

А при AD = 4 %,

МПа

Вид материала

МПа

Стеклопластики

Ткань 181/полиэфирное связующее 297,6

Стекломат/полиэфирное связующее 206,7

Боропластик

(0°/90°)/эпоксидное связующее, 1378,0

(0°/90°/±45°)/эпоксидное связующее 1033,5

Композиты на основе арамидных («.Кевлар»)

Волокон

Стеклоткань 181, ткань «Кевлар»/эпоксидное 379,8 связующее

Углепластики

(0°/90°)/эпоксидное связующее 447 .

241 137

1033,5. 826,8

310

379 310

(0°/900/±450)/эпоксидное связующее 344,5

Тате смятия будет происходить, если напряжения а вызывают 4 %-ное удлинение диаметра отверстия (AD). Типичные резуль­таты определения предела прочности при смятии представлены в табл. 22.1. Напряжения в композите при смятии снижаются с ростом соотношения D/t (отношение диаметра отверстия к тол­щине образца), как это показано на рис. 22.2, б 2]. В стандарт­ных конструкциях из стеклопластиков используют величину D/t, равную 1 для композитов толщиной большей, чем 2,3 мм, хотя возможно получить более высокие значения D/t для таких слоистых пластиков. Для предельно тонких ламинатов (~0,76 мм) можно использовать локальное усиление мест соединения, что

Также позволяет повысить соотношение D/t, доведя его до значений >4. Для боль­шинства боро - и углепла­стиков соотношение D/t та та 3 для всех толщин. Ком­позиты могут обрабатывать­ся для заполнения соедини­телем (зенковка под потай­ные головки), но толщина соединяемых деталей не дол­жна быть меньше, чем 0,76 мм. Рекомендованные толщины композитов под различные размеры соеди­нительных элементов при­ведены в табл. 22.2. Для них использовались потай­ные головки с углом раз­зенковки 100°. Практичес­кое конструирование соединений стеклопластиковых материа­лов основано на использовании соединительных элементов без потайных головок, для чего необходимо знание только диаметра и глубины отверстия. Для проектирования соединений с ми­нимумом массы и малым запасом прочности область сминающих напряжений оценивают как толщину без раззенковки плюс поло­вина глубины раззенковки плюс диаметр отверстия. Для этой области применительно к угле - и боропластикам используются накладки с раззенкованными отверстиями. Нагрузка при растя­жении образца композита, имеющего ряд отверстий с раззенков­кой, распределяется по ширине образца минус суммарный эффек­тивный диаметр отверстий. Эффективный диаметр отверстия, эквивалентный полному диаметру отверстия, с учетом раззенковки под углом 100° для стеклопластиков представлен на рис. 22.3 [1 ]. Для боро - и углепластиков необходимо определить ориентацию ряда отверстий относительно оси ориентации армирующей компо­ненты. Диаметр и тип соединения выбираются исходя из соотно­шения D/t, минимальной глубины зенковки, необходимой проч­ности соединения, температуры эксплуатации, усилия прижима, размера соединения, фактора концентраций напряжений, жест­кости и устойчивости к внешним условиям.

Dj, мм

Критерии проектирования

(1 = 9,5 мм

Рис. 22.3. Зависимость эквивалентно­го диаметра D3 отверстий с раззенков­кой под углом 100 0 от толщины слои­стого пластика t для различных диамет­ров d заклепок с потайной головкой

Малые крепежные изделия (диаметром 1,6 мм) обычно редко используются в самолетостроении. Они трудны в изготовлении и имеют тенденцию повреждать композит во время установки. Напротив, для создания соединений стекло - и органопластиков («Кевлар»), используются крепежные изделия большого диаметра (^>8 мм). Для боро - и углепластиков диаметр крепежных изделий имеет мень'шее значение. Обычно стараются выбирать отверстия наименьшего диаметра из всех, способных обеспечить необходимую прочность соединения. Для композитов тоньше 1,5 мм для соеди­нений необходимо использовать дополнительные накладки.

Расстояния от торца 1Т и от края боковой стороны — важ­ные параметры при механических соединениях композитов. Первое определяется расстоянием от конца соединения до центра от­верстия, а второе — удалением края соединения от центра сле­дующего отверстия (рис. 22.4, а).

В табл. 22.3 даны рекомендации по выбору расстояний от торца или бокового края композита в зависимости от толщины последнего.

Если необходимо конструкционное решение, связанное с нали­чием многих отверстий, то между ними должно быть предусмотрено определенное расстояние. Расстояние между смежными рядами определяется по центрам отверстий в каждом ряду (рис. 22.4, а). Чаще всего это расстояние выбирается равным пяти диаметрам отверстий, что соответствует достаточно большому запасу проч­ности. В случае необходимости конструкторского решения со мно­гими рядами отверстий расстояния между внешними рядами должны быть больше, чем между внутренними, так как при растя­гивающих нагрузках в соединении на них приходится большее усилие'.

В конструкциях должны быть учтены и нетривиальные соеди­нения, в том числе включающие несимметричные системы отвер­стий для крепления. В таких соединениях возникают дополни­тельные напряжения. Если для соединения необходимо много рядов отверстий, то кроме выполнения требований по минимиза­ции потерь прочности нужно сделать минимальными удельные осевые нагрузки. В этом случае в каждом ряду располагается только каждое второе отверстие. Для таких соединений расстоя­ние между рядами отверстий должно быть не менее 4D. Особо

13 п/р Дж. Любииа 385

Прочные соединения (симметричные, с расстояниями между ря­дами 2D) лучше перераспределяют напряжения, нежели несим­метричные соединения.

Конструкции соединений композиционных материалов тре­буют иногда локального наращивания толщины в месте соедине­ний, чтобы обеспечить возможность использования потайной головки и уменьшить сминающие нагрузки. Такое утолщение может быть осуществлено расплавной технологией, оно не должно давать резкого увеличения жесткости или быть концентратором напряжений.

Справочник по композиционным материалам

Пластики, полученные методом намотки

Быстрое развитие исследований и применение материалов, полученных намоткой, привело к созданию большого числа специ­фикаций и стандартов на методы их испытаний. Следующие стан­дарты ASTM представляют собой интерес: ASTM D2290-76. Определение предела …

Другие виды испытаний

Ряд испытаний должен проводиться при повышенных темпера­турах. Зависит это от типа композиционного материала и области его применения. Обычные композиты не должны терять проч­ность и модуль после получасовой экспозиции при темпера­туре …

Влияние длительной выдержки в окем*М;-г! иа глубине 1737 м на свойства СВКМ

Показатель Исходные значения После выдерж­ки на глубине 1737 м в тече­ние 1045 сут Показатель Исходные значення После выдерж­ки на глубине 1737 м в тече­ние 1045 сут А0Ж( МПа £сш, ГПа …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.