Автореферат (Разработка методов и совершенствование технических средств оценки работоспособности эластомерных клеевых соединений конструкций летательных аппаратов), страница 3

Стандартный образец для исследования динамических характеиспытаний ЭКС на прочность при ристик испытуемой конструкции.сдвиге:1-металличсекаяпластина;2-керамичсекаяслойпризма;3-адгезионный9Рис. 6. Структурная схема лабораторного испытательного комплекса:испытемый узел ЭКС; 2-дополнительное нагревательное устройство; 3-контрукция ЛА;акселероментры; 5-термопреобразователи.14-В четвертой главе приведены результаты экспериментальной отработкипредложенных методов оценки работоспособности ЭКС и проверкаполученных соотношений на примере клеевого соединения «металл-керамика»,осуществленного с помощью кремнийорганического эластомерного клеягерметика ВИКСИНТ У-2-28 (далее – герметик).Проведены испытания нескольких партий плоских образцов («лопаток»)герметика на растяжение, по результатам которых определены параметрыматериала μ, μ1 и μ2 соотношений (2), равные соответственно: 1,04 МПа;0,88МПа и 0,25 МПа.

На Рис. 7,а приведено сравнение расчетных иэкспериментальных диаграмм растяжения. Полученные параметры материала исоотношения (4) использовались для построения расчетных зависимостейдеформации сдвига клеевого соединения на основе исследуемого герметика.Сравнение расчетных зависимостей с результатами экспериментов подеформированию ЭКС при сдвиге представлено на Рис.

7,б.а)б)Рис. 7. Экспериментальные (обозначены символами) диаграммы растяжения(а), сдвига (б) и расчетные зависимости (штриховая линия – потенциалТрелоара, сплошная линия – потенциал Муни-Ривлина)Из Рис. 7 видно, что расчетные и экспериментальные данные согласуются.Предложенный метод позволяет по результатам испытаний плоских образцов10адгезива на растяжение прогнозировать механическое поведение адгезива присдвиге в клеевом соединении до проведения дорогостоящего этапа склейки, чтоимеет существенное практическое значение.На созданной лабораторной установке по разработанной методикепроведены испытания ЭКС на ползучесть при статическом теплосиловомвоздействии. Испытания проводились в температурном диапазоне [200-340]°С сшагом 20 °С.

Выбор указанного температурного диапазона обусловлентемпературой эксплуатации ЭКС в конструкциях ЛА. Полученныеэкспериментальные кривые ползучести использовались для определенияпараметров m, η, θ в соотношении (6). На Рис. 8 приведены полученныерасчетные и экспериментальные кривые ползучести для некоторых значенийтемпературы.Рис.8. Экспериментальные (символы) и расчетные (сплошные линии) кривыеползучестиВ рамках экспериментальной отработки методики испытаний ЭКС надолговечность в условиях статического теплосилового воздействия проведеныиспытания образцов ЭКС на основе герметика ВИКСИНТ У-2-28 притемпературах [200-340] °С с шагом 20 °С при различных значениях сдвиговогонапряжения. Внешний вид образцов после разрушения представлен на Рис. 9.Из Рис.9 видно, что разрушение образцов имеет когезионный характер, чтосвидетельствует о соблюдении необходимых требований, предъявляемых ккачествуподготовкисклеиваемыхповерхностей.Полученныеэкспериментальные и расчетные зависимости долговечности ЭКС отнапряжения сдвига для каждого значения температуры представлены наРис.

10.11Рис.9. Фотографииобразцов после испытанийна долговечностьРис. 10. Экспериментальные (символы) ирасчетные (линии) зависимости долговечностиЭКСНа основании построенных расчетных зависимостей долговечностисогласно принципу ТВА методом параллельных переносов построенаобобщенная зависимость долговечности ЭКС (Рис. 11,а). Из рис. 11,а видно,что обобщенная кривая долговечности в окрестности температуры 280 °С имеетхарактерный перегиб. Это связано с наличием релаксационного переходагерметика при данной температуре (λ-переход), что подтверждаетсярезультатами проведенного динамичского механического анализа (ДМА) (Рис.11,б).а)б)Рис.

11. Обобщенная зависимость долговечности ЭКС на основе герметикаВИКСИНТ У-2-28 (а), результат ДМА герметика ВИКСИНТ У-2-28 (б)Из рассматриваемого температурногодиапазона выделены дваподдиапазона (до и после температуры релаксационного перехода). Длякаждого поддиапазона определены коэффициенты с1 и с2 в соотношении WLF12(11), после чего из соотношения (10) получена обобщенная модельдолговечности ЭКС, имеющая вид:lg t* lg aT 11,52 lg τсд 0,51; при T [200; 280],lg t* lg aT 6, 61 lg τсд 0, 61; при Т (280;340].(12)В пятой главе представлены результаты исследований работоспособностиузлов эластомерных клеевых соединений реальных конструкций ЛА,проведенных посредством созданных в работе технических испытательныхсредств и разработанного научно-методического обеспечения.Приводятся результаты испытаний на долговечность при статическомтеплосиловом воздействии ЭКС двух типов конструкций ЛА: малогабаритной икрупногабаритной.

В обоих случая узел ЭКС конструкции ЛА представляетсобой коническое клеевое соединение телескопического типа двух элементов,изготовленных из разнородных материалов (соединения системы «металлкерамика», Рис. 12), выполненное с помощью эластомерного герметикаВИКСИНТ У-2-28.а)Рис.12. Конструкционные схемы узлакрупногабаритной (б) конструкции ЛАЭКСб)малогабаритной(а)иДля оценки величины дополнительного сдвигового напряжения,возникающего в клеевом слое в процессе нагрева вследствие разноститепловых коэффициентов линейного расширения (ТКЛР), построены конечноэлементные модели клеевого слоя ЭКС двух типов конструкций ЛА (Рис. 13)а)б)Рис.13. Распределение дополнительного сдвигового напряжения по клеевомуслою ЭКС малогабаритной (а) и крупногабаритной (б) конструкций ЛА13Испытания на долговечность узлов ЭКС проводились на созданнойлабораторной установке.

В Таблице 1 приведены значения долговечности,полученные расчетным путем с помощью соотношений (12) иэкспериментально.Таблица 1Расчетные и экспериментальные значения долговечности узлов ЭКСТип конструкцииЛАТемператураиспытанийТ, °СРасчетноезначениедолговечностиt*Р , сСреднееэкспериментальноезначениедолговечности ЭКСt *Э , сМалогабаритная250Крупногабаритная300107234678128870162247868342886699264813025844ОтклонениерасчетнойдолговечностиЭКС отэкспериментальной, %28,520,114,034,324,618,1Приведенырезультатыэкспериментальныхисследованийработоспособности клеевых соединений конструкций ЛА при комплексныхтермовибрационных воздействиях, в результате которых полученыэкспериментальные зависимости частоты резонанса конструкции ЛА икоэффициента динамического усиления на соответствующих резонансныхчастотах от температуры узла ЭКС (Рис.14).а)б)Рис.

14. Экспериментальные зависимости от температуры узла эластомерногоклеевого соединения ЛА: а) частоты резонанса конструкции; б) коэффициентадинамичсекого усиления на резонансахПриведено описание разработанных способов демонтажа эластомерныхклеевыхсоединенийконструкцийЛА(способпродолжительноготеплосилового воздействия и способ разборки клеемеханического байонетногосоединения), позволяющие осуществить разборку узла соединения безповреждения его деталей и элементов. Использование предложенных способовпозволяет повторно использовать дорогостоящие элементы конструкций ЛА.14В заключении сформулированы следующие основные результаты ивыводы по диссертационной работе:1.

Получен критерий оценки долговечности ЭКС, основанный на принципетемпературно-временной суперпозиции релаксационных свойств эластомеров,позволяющий прогнозировать разрушение ЭКС в условиях теплосиловоговоздействия. Разработана методика определения параметров критериядолговечности.2.

Разработана методика определения долговечности ЭКС в условияхстатического теплосилового воздействия, позволяющая по результатамиспытаний образцов получать обобщенную зависимость долговечности ЭКС отсдвигового напряжения и температуры для реальных конструкций ЛА.Результаты апробации показали, что отклонения расчетных значенийдолговечности ЭКС, полученных согласно разработанной методике, от среднихэкспериментальных значений долговечности не превышают 28,5 % длямалогабаритных конструкций ЛА и 34,3 % для крупногабаритныхсоответственно.3. Созданы оригинальные технические средства и разработано их научнометодическое обеспечение, позволяющие обеспечить в наземных условияхкомплексное исследование работоспособности и экспериментальную отработкуЭКС как на образцах, так и на реальных конструкциях высокоскоростных ЛА.Испытательные средства позволяют проводить оценку работоспособности ЭКСв условиях комплексного теплосилового, а также термовибрационноговоздействия.4.

Установлена возможность использования соотношений нелинейнойтеории упругости с применением упругих потенциалов Трелоара и МуниРивлина для описания механического поведения клеевого соединения на основеэластомерного адгезива типа ВИКСИНТ при сдвиге. Предложена методикапрогнозирования деформирования адгезива при сдвиге в клеевом соединениипо результатам испытания плоских образцов адгезива на растяжение.5. Выполнена экспериментальная проверка предложенных методов оценкиработоспособности ЭКС на основе широкоиспользуемого в реальныхконструкциях эластомерного герметика ВИКСИНТ У-2-28 и полученыоригинальные экспериментальные данные о процессах деформирования иразрушения герметика в условиях продолжительного теплосиловогонагружения при повышенных температурах (свыше 250 °С).6. Разработаны и внедрены в практику способы демонтажа ЭКСконструкций ЛА, позволяющие предотвратить механические повреждениядорогостоящих деталей узлов соединения и допускающие возможность ихповторного использования.

От использования предложенных методовдемонтажа получен существенный экономический эффект.Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:1. Терехин А.В., Русин М.Ю., Неповинных В.И., Думанский А.М.Работоспособностьэластомерныхклеевыхсоединенийконструкцийлетательных аппаратов в условиях продолжительного теплосилового15воздействия // Механика композиционных материалов и конструкций. 2015.№4. Т.21.