Справочник по композиционным материалам

Соединение и склеивание

Изделия из стеклопластиков часто получают сборкой [3] не­скольких отдельных деталей. Например, парусная шлюпка со­стоит из корпуса, внутренней облицовки, кабины, крыши каюты и палубы, и все эти элементы соединяются вместе, причем в каж­дом случае должен быть свой собственный тип соединения. Клас­сификация этих соединений по прочности (от большей к меньшей) следующая: нахлесточные, работающие на сдвиг; стыковые; врас - щеп; косые нахлесточные, работающие на раздир (на расслаи­вание).

Нахлесточные соединения являются самыми легкими при из­готовлении и очень широко используются. Их форма и особенности нагружения (на сдвиг) предполагают применение клеев, что обес­печивает максимальную прочность соединения. Такие соединения

Реализуют в местах крепления переборок с корпусом корабля, палубой и крышей кают и т. п. Прочность нахлесточных соеди­нений рассчитывается просто. Для этого определяют площадь поверхности перекрытия деталей и умножают ее на номинальные допустимые значения сдвиговых напряжений, опубликованные поставщиками клеев или определенные самостоятельно.

Разрушение нахлесточного соединения под действием усилий сдвига происходит тогда, когда при возрастании нагрузки оно начинает работать на раздир.

Увеличение нагрузки вызывает поворот места соединения, так что действующие усилия располагаются на одной оси. Этот поворот приводит к изгибанию стеклопластика и формированию на концах нахлеста условий, способствующих расслаиванию КМ. Если нагрузки продолжают расти, расслаивающие напряжения превосходят адгезионную прочность, и соединение быстро раз­рушается. Однако если края нахлеста скошены, жесткость кон­струкции уменьшается. Когда место контакта начинает поворачи­ваться, чтобы соответствовать направлению растягивающего уси­лия, скошенные края нахлеста, будучи более гибкими, не вызы­вают перенапряжений клеевого шва. В результате этот простой прием может повысить прочность соединения без увеличения площади его поверхности. Более того, при надлежащей подго­товке материалов можно получить еще более высокие значения прочности при той же поверхности сдвига, сделав соединение вскос («в ус»).

Соединение внапуск является разновидностью нахлесточного соединения, при котором не происходит поворота плоскостей контакта под сдвиговой нагрузкой. Клеевой шов испытывает только сдвиговые напряжения, и раздир или вообще не происхо­дит, или его размеры весьма незначительны. Подготовка таких соединений более трудоемка и требует специальных зажимных приспособлений и оснастки для фиксации положения склеивае­мых деталей в процессе отверждения связующего. Но эти соеди­нения являются самыми надежными, и их прочность часто почти равна прочности склеиваемых материалов.

-—I - s І-— <, —=1

1-------- Р I

Стыковое соединение со слоем клея 1 и промежуточными слоями 4 используется при склеивании жестких материалов 2, 3 и работает только на растяжение. Прочность его обычно ко­леблется от низких до средних значений и легко рассчитывается. Однако в реальных конструкциях такие соединения встречаются редко. Кроме того, стыковое соединение должно быть выполнено очень тщательно, а нагрузка к нему должна прилагаться так, чтобы возникающие напряжения были сбалансированы. В рек­ламных передачах по телевидению, посвященных новым связую­щим, часто показывают каплю клея между двумя дисками на тросах, прикрепленных к опоре и источнику нагрузки (например, к автомобилю), демонстрируя быстрое затвердевание клея, опе­режающее увеличение нагрузки. Это пример идеального стыко­вого соединения, в котором отсутствуют боковые нагрузки, а 32 производится только растяжение в чистом виде и реализуется значительная прочность.

Соединение, работающее на раздир, представляет собой кон­струкцию, где напряжения концентрируются вдоль линии, по которой один склеиваемый материал отгибается от другого, в ре­зультате чего в материалах возникают неуравновешенные растя­гивающие напряжения.

В таком соединении под нагрузкой оказывается только тот участок клеевого шва, который находится в точке расслаивания, а остальные участки шва остаются ненагруженными до тех пор, пока до них не дойдет зона расслоения (поскольку контакт начи­нает разрушаться).