Диссертация (1173120), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Из приведенных данных видно,что значение модуля упругости существенным образом зависит от типа образцовдля проведения испытаний.Таблица 1.4 − Модули упругости клеев, определенные для двух разныхтипов соединений [67]Тип образцаМарка клеяБрусокКлеевое соединениеМодуль упругости, МПаЦМК-31650980ВК-2723701200По мере совершенствования расчетных моделей данные уравненияуточнялись и дополнялись [35, 92, 100-102]. Так в работе [101-102] предложеныуравнения для определения максимальных значений напряжений в клеевом шве сучетомхарактеристикграничныхслоев.Авторомсделаносовершеннообоснованное предположение о том, что свойства на границе клей-металлсущественным образом отличаются от свойств клея внутри клеевого шва ипоэтому выделил этот слой в самостоятельный элемент расчетной схемы, придавему толщину h4 и собственное значение модуля сдвига G4.
Справедливость такогоподхода отмечена также в работе [13], однако в ней не указывается, какимобразом определить точное значение толщин этих граничных слоев и как найтидля них величину модуля. Собственно именно эти проблемы и стали основными,что не позволило данным расчетным моделям получить широкое практическоераспространение.В работе [92] также предложен ряд аналитических моделей, позволяющихоценить величину максимальных напряжений и их распределение по длинеклеевого шва, однако они получены для композиционных материалов и не могутбыть использованы для клеевых соединений.36Очень большое влияние на величину максимальных напряжений в клеевомшве оказывают остаточные напряжения.
Авторами работы [15] показано, что посвоей абсолютной величине этот показатель может быть соизмерим с величинойадгезионной прочности и чем его величина будет больше, тем в итоге будетменьше прочность и долговечность данного клеевого соединения.Одним из наиболее распространенных типов клеемеханических соединенийявляются клеерезьбовые соединения, которые подробно рассмотрены в работахАроновича Д.А. [11, 94].В настоящее время полимерные композиционные материалы получилиширочайшее распространение и для них разработано множество расчетныхметодов, в том числе и аналитических моделей. Очень многие детали изкомпозитов имеют в своем составе металлические элементы, например, фланцытрубопроводов. Авторы работы [78] привели множество примеров такихметаллокомпозитныхконструкций,вкоторыхметаллическийфланецприформован к стеклопластику.
Такие детали можно условно рассматривать какклеемеханические, поскольку в них есть все типовые элементы: клеевой шов,металлическая деталь и деталь из композита. Вопросы расчета и моделированиянапряженно деформированного состояния таких деталей подробно рассмотрены втрудах Васильева В.В. Думанского А.М., Сарбаева Б.С., Смердова А.А. и др.
[63,90, 96], однако основное внимание они уделяли моделированию свойствкомпозитов, а не клеевому соединению.Таким образом, в научной литературе очень мало внимания уделенометодикам расчета клеемеханических соединений и практически отсутствуютработыпометодикамклееклепанных соединений.оценкинапряженно-деформированногосостояния371.5. Анализ разрушения заклепочных и клееклепанных соединений впроцессе эксплуатацииВ настоящее время, несмотря на постоянное совершенствование методовоценки качества материалов (конструкций) и наличие крупных научныхдостижений в понимании физики процессов разрушения, актуальность задачанализа процессов разрушения заклепочных и клееклепанных соединенийвозрастает. Это связано не только с огромной номенклатурой существующих (иразрабатываемых) автомобильных кузовов, но и с постоянным увеличениемнагрузок, с повышением требований по безопасности и с внедрением новыхматериалов и технологий сборки автомобильных кузовов.Отличительной особенностью разрушения заклепочных и клееклепанныхсоединений автомобильных кузовов является многообразие ситуаций, в которыхпроисходит их эксплуатация.
Это существенно затрудняет создание адекватныхматематических моделей, которые бы учитывали все многообразие реальныхфакторов и механизмов их воздействия. Таким образом, многофакторностьпроцессов разрушения является основной причиной, по которой в настоящеевремя отсутствуют стандартные подходы при описании механизмов разрушениязаклепочных и клееклепанных соединений автомобильных кузовов.Во многом, именно отсутствие единой теории разрушения и привело кразвитию описательных теорий, которые позволяют учитывать отдельные детали,но не дают модели кинетики объекта в целом. Существующий математическийаппарат позволяет описать изменение отдельных характеристик качествазаклепочных и клееклепанных соединений автомобильных кузовов, например,изменение в процессе эксплуатации характеристик прочности, долговечности,коррозионной стойкости и т.д.Для обеспечения требуемого качества при эксплуатации автомобильныхкузовов к ним предъявляется множество требований.
К числу основных из нихотносятся:прочность,долговечность,жесткость,герметичность,38противокоррозионная стойкость, отсутствие полостей в которых возможноскопление влаги (грязи) и др.Стойкость автомобильных кузовов к воздействию эксплуатационныхфакторов исследуется чаще всего по отношению какого-то одного из них, воды,антигололедных реагентов, прочность при статических и динамических нагрузкахи т.д.
Это связано с тем, что для каждого из этих факторов существуют своистандартизованные методы испытаний.Проблема оценки стойкости автомобильных кузовов к длительномувоздействиюхимическихреагентов,используемыхвкачествеантиобледенительных материалов, на протяжении уже многих десятилетий остростоитпередразработчикамиавтомобильнойтехники,посколькупротивокоррозионная стойкость относится к числу важнейших показателейкачества автомобильных кузовов. По оценкам специалистов по окрашиваниюавтомобильных кузовов [1, 34, 68], они приходят в негодность быстрее, чемдвигатель, подвеска и многие другие агрегаты автомобиля, хотя кузов составляетоколо 50% от его стоимости. Так после 3 лет эксплуатации площадь очаговкоррозии составляет более 150 см2 и чем выше срок эксплуатации автомобиля,тем больше площадь коррозии.
Авторы работы [68] полагают, что если принятьплощадь коррозионных повреждений за первые 3 года эксплуатации за 100%, тона 4-ый год они уже составят 138%, на 6-ой – 150%, на 8-ой – 175% и т.д. [68].Проблема антикоррозионной защиты автомобильных кузовов с каждым годомстановится все более актуальной, поскольку конструкторы стремятся снизитьтолщину листовых материалов, что позволяет снижать массу автомобиля, но этосущественным образом снижает жесткость кузова и для ее обеспечения назаданном уровне усложняется конструкция кузова. Усложнение конструкциикузова автомобиля происходит за счет повышения ребер жесткости, увеличенияколичества полостей и все это способствует повышению скорости возникновенияочагов коррозии.Для заклепочных и клееклепанных соединений автомобильных кузовов кчислу опасных эксплуатационных факторов также относятся все материалы,39используемые в качестве антиобледенительных реагентов.
Они проникают встыки и щели, их очень сложно удалить при использовании стандартныхспособов очистки автомобильных кузовов и в результате коррозия в такихсоединениях развивается существенно быстрее, чем на открытых участках кузоваавтомобиля.Изучениюповреждениямеханизмоввтехническойразрушениялитературеврезультатеуделяетсякоррозионногомноговнимания.Основоположниками теории коррозионных процессов являются РозельфельдИ.Л., Акимов Г.В., Томашов Н.Д. и др. Большое разнообразие механизмовпротекания коррозионных процессов и, соответственно, механизмов разрушения,связано с очень большим разнообразием конструкций автомобильных кузовов,ассортиментом используемых материалов и технологий сборки. Развитиепроцессов разрушения зависит от физико-химического взаимодействия всехкомпонентов клееклепанного соединения, к которым относятся: заклепка,склепанные детали, клеевой материал и степень его адгезионного взаимодействияс заклепкой и деталями.
При неплотном прилегании замыкающей и закладнойголовок заклепки к поверхностям склепанных деталей имеет место быстраяпотеря прочности соединения в процессе его эксплуатации. По оценкам авторовработ [105] эти изменения характерны при использовании жестких клеев высокойпрочности, но с низкими деформационными свойствами.Вода разрушает межфазную границу клеевого соединения, что приводит крезкому падению его прочности. В работах Фрейдина А.С.
и его учеников [103]показано, что вода оказывает резко отрицательное воздействие на все показателикачества клеевого соединения. Снижение прочности в результате воздействияводы также приводит к изменению характера разрушения, который становитсяадгезионным. Вода также может адсорбироваться непосредственно самимклеевым материалом, что может привести к существенной потере его прочности ив этом случае характер разрушения будет когезионным (по клею). Средиконструкционных клеевых материалов, используемых при сборке металлическихконструкций, наибольшей водостойкостью обладают эпоксидные клеи для40которых известно, что снижение прочности при выдержке склеенных образцов вхолодной воде в течение 30 суток не превышает 15% [103].Долговечность клеевых соединений в процессе эксплуатации зависит нетолько от свойств клея и соединяемых материалов, но и в существенной степениопределяется пограничным слоем, который также называют межфазным.Большинство характеристик межфазного слоя (его геометрические размеры,твердость, пористость и т.д.) экспериментально очень сложно определять иименно по этой причине столь широкое распространение получили структурныеметодыисследованияповерхностейразрушения.Какправило,такиеисследования проводят на стандартных образцах, которые используются дляоценки прочности.Не менее важными, чем водостойкость, являются показатели жесткостикузовных конструкций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
