Диссертация (Разработка методов и совершенствование технических средств оценки работоспособности эластомерных клеевых соединений конструкций летательных аппаратов), страница 9

Методы испытаний.Прочность при растяжении, σр [МПа]Прочность при равномерном сдвиге,τ [МПа]Прочность при равномерном отрыве,σ [МПа]Прочность при равномерном отрыве,σ [МПа]Прочность при совместном действиикасательных и нормальных напряжений,P(α) [МПа]Прочность при неравномерном отрыве,P [кН/м]Прочность при расслаивании, σр [кН/м]55Определение прочности связи прирасслаивании тканевых полосокОСТ 1 90332-82Клеи.

Метод определения прочности прирасслаивании пленочных и эластичныхдекоративных материаловГОСТ 411-77Резина и клеи. Методы определенияпрочности связи с металлом при отслаиванииОСТ 1 90315-83Клеи. Метод определения прочности приотслаивании клеевых соединений пленочныхи эластичных декоративных материаловГОСТ 15613.1-84Методы определения предела прочностиклеевых соединений при скалывании вдольволоконГОСТ 9624-73Древесина слоистая клееная.

Методопределения предела прочности прискалыванииASTM D963Метод определения прочности клеевыхсоединений при отслаивании илираскалыванииASTM D1062Метод определения прочности прираскалывании клеевых соединений металлметаллОСТ 1 90340-83Клеи. Метод испытания клеевого соединенияна герметичностьСТП 1-595-11-91-83Методы испытания клеевого соединения нарастрескиваниеРТМ 1.2.092-86Метод испытания клеевых соединенийметаллов на трещиностойкость поддействием отрывающих моментовASTM D2293Метод определения характеристикползучести клеевых слоев при сдвигесжимающей нагрузкойРТМ 1.2А.015-99Методы механических испытаний клеевыхсоединений металлов.4.4.

Определение ползучести при сдвигеASTM D1780 Рекомендуемая методикапроведения испытаний на ползучестьматериала клеевых слоевПрочность при отслаивании, σотс [кН/м]Прочность при отслаивании, σотс [кН/м]Прочность при скалывании, σск [МПа]Трещиностойкость, G1с [мН/м]Ползучесть клеевого соединения, Δlм[мкм]56ASTM D2294Метод определения характеристикползучести клеевых слоев при сдвигерастягивающей нагрузкойASTM D950Метод определения прочности клеевыхсоединений при удареРТМ 1.2А.015-99Методы механических испытаний клеевыхсоединений металлов.Ударопрочность, Акл [Дж]Обзор отечественных и зарубежных стандартов показывает, что внастоящее время накоплен значительный опыт по проблеме оценкипрочностных и деформационных свойств КС различного типа.

Однакобольшинство существующих стандартизированных методов носят характертехнологических проб и дают информацию о работоспособности КС припростейшихусловияхвнешнегонагружения,непозволяяучитыватьспецифику эксплуатации того или иного клеевого соединения. Это касается иоценки работоспособности эластомерных клеевых соединений конструкцийлетательных аппаратов АРКТ.В связи с этим, для оценки работоспособности ЭКС конструкций ЛАнеобходима разработка специализированных методик, позволяющих напрактике проводить оценку работоспособности ЭКС с учетом особенностей,воздействующих на них эксплуатационных нагрузок.В настоящее время из-за отсутствия специализированных методик оценкуработоспособностиЭКСосуществляютметодамикратковременныхиспытаний на прочность при сдвиге, предназначенными для определенияпрочностныххарактеристикклеевыхсоединенийнаосновежесткихадгезивов.

Сущность данных методик заключается в определении посредствомразрывныхмашинвеличиныприращениясдвиговойнагрузкиисоответствующей величины приращения деформации сдвига на линейномучастке диаграммы «нагрузка-перемещение» (Рис. 1.14). При этом подсдвиговой прочности клеевого соединения подразумевается отношение57наибольшей нагрузки на кривой деформирования к площади клеевогосоединения.Необходимо отметить, что подобные методики позволяют получитьоценку только кратковременных прочностных свойств КС и не могут бытьиспользованы для оценкиработоспособностиЭКС конструкцийЛА,поскольку время эксплуатации ЭКС существенно превышает время испытанийна разрывной машине. К примеру, при толщине ЭКС порядка 0,5 мм (толщинаЭКС используемых в конструкциях ЛА различных классов) и скоростинагружения в разрывной машине 1,5 мм/мин время нагружения ЭКСсоставляет от 30 до 80 секунд в зависимости от условий испытаний.

Наряду сэтим, время эксплуатации ЭКС конструкций современных ЛА можетдостигать 20 минут и более.Рис.1.14. Типовая кривая деформирования ЭКС при испытаниях напрочность при сдвиге на разрывной машинеДанная проблема получила особую актуальность после разработки новыхтипов ЛА (преимущественно класса «В-П»), появление которых привело ксущественному увеличению времени эксплуатации ЭКС конструкций ЛА.Кроме того, принципиально изменился характер внешних воздействующихфакторов на узел эластомерного клеевого соединения с увеличивающейся58силовой нагрузкой и температурой на протяжении режима на статическуюпродолжительную силовую нагрузку при повышенных температурах.Такжеважноупомянуть,чтореализациябольшинствастандартизированных методик оценки прочностных и деформационныххарактеристик ЭКС осуществляется посредством стандартных техническихиспытательных средств, которые зачастую не способны воспроизвестивнешнее воздействие на ЭКС, приближенное к реальному эксплуатационному(продолжительное теплосиловое воздействие в условиях одностороннегонагрева с высоким темпом, а также комплексные термовибрационные итермовакуумные виды воздействий).Таким образом, проведенный обзор показывает, что для выполнениявысочайших требованийвысокоскоростныхк надежности и безотказности конструкцийЛА,атакжеполучениягарантированнойработоспособности эластомерных клеевых соединений, входящих в ихконструкцию, необходима разработка новых методов и совершенствованиесуществующихтехническихработоспособности,испытательныхпозволяющихповыситьсредствоценкиихдостоверностьиинформативность результатов наземных испытаний конструкций ЛА.1.4.

Выводы по главе 1На основании проведенного обзора по состоянию вопроса и проблематикеоценки работоспособности ЭКС конструкций современных высокоскоростныхЛА можно сделать следующие выводы:1. Строение эластомерных материалов обуславливает особенности ихмеханического поведения, характеризуемые:– способностью к большим обратимым деформациям при относительнонизкихзначенияхмодуляупругости,иприкладываемым напряжением и деформацией;нелинейнойсвязьюмежду59– вязкоупругим поведением при продолжительном воздействии нагрузки,проявляющимся в развитии деформации ползучести, релаксации напряженийи т.д.;– характерной зависимостью предельного состояния от длительностимеханического воздействия.2.

Характерные механические свойства эластомеров и наличие адгезии кповерхностям различных материалов позволяют использовать их в качествеадгезионных материалов в узлах соединения разнородных элементоввысокоответственных конструкций ЛА авиационной и ракетно-космическойтехники.3. Существующие стандартизированные и применяемые на практикеметоды позволяют прогнозировать работоспособность ЭКС только прикратковременном режиме эксплуатации, а использующиеся при этомтехнические испытательные средства не отражают специфики эксплуатацииЭКС в конструкциях высокоскоростных ЛА.60ГЛАВА2.ЭЛАСТОМЕРНЫХМЕТОДЫОЦЕНКИКЛЕЕВЫХРАБОТОСПОСОБНОСТИСОЕДИНЕНИЙКОНСТРУКЦИЙЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВВ процессе эксплуатации узел клеевого соединения конструкций ЛАработает преимущественно в условиях комплексного воздействия сдвиговыхнапряжений и повышенной температуры, при этом, в зависимости от режимаэксплуатации ЛА, можно выделить несколько основных причин потериработоспособности ЭКС, а также способов их прогнозирования (Рис.

2.1).Приведенная схема показывает, что эксплуатация ЭКС в конструкции ЛАможет осуществляться в двух режимах: кратковременном и продолжительном.Четкой временной границы между этими режимами эксплуатации нет,поскольку данное разделение определяется, прежде всего, свойствамииспользуемого в ЭКС адгезива, конструкционными особенностями узлаклеевого соединения, а также спецификой эксплуатации ЛА. Поэтому внастоящей работе под продолжительным режимом эксплуатации ЭКС будемпонимать такой режим, длительность воздействия которого превышаетдлительность нагружения данного ЭКС при его испытаниях на прочность присдвиге, проводимых на испытательной разрывной машине, в соответствии стребованиями ГОСТ 14759-69.Длительность нагружения ЭКС при проведении испытания на прочностьпри сдвиге определяется, прежде всего, установленной скоростью движенияригеля испытательной машины.

На практике при испытаниях ЭКС на основеэлементоорганических эластомерных адгезивов типа ВИКСИНТ, ВГО, ГПО идругих, при испытаниях на прочность при сдвиге, как правило, скоростьдвижения ригеля устанавливают равной 1,5 мм/мин, что обуславливаетсяспецификой эксплуатации ЭКС в конструкции ЛА. Это означает, что длятолщины клеевого слоя ЭКС равной порядка 0,5 мм, длительность нагружения61в испытательной машине составляет от 30 до 80 секунд, в зависимости отконкретного типа адгезива и температурного режима.Рис. 2.1. Схема анализа причин потери работоспособности ЭКСконструкций ЛА и способов ее оценки62Таким образом, в рамках настоящей работы в качестве условной границымежду кратковременным и продолжительным режимом эксплуатации ЭКС вконструкции ЛА может быть установлено значение длительности воздействияпорядка 80 секунд.Дальнейший проведенный анализ показывает, что при кратковременномрежиме эксплуатации возможны два типа основных причин потериработоспособности ЭКС:1.