Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля и исследования прочности при сдвиге клеевых соединений оболочек типа тел вращения. Сущность: осуществляют определение величины разрушающей силы при статическом нагружении клеевого соединения образца типа «труба в трубе» сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг внутренней трубы относительно внешней трубы в направлении оси образца. Размеры клеевого соединения модельного образца и сжимающее усилие, в результате которого в клеевом слое возникают деформации сдвига, подбираются с учетом соответствия напряженного состояния клеевого слоя в клеевом соединении керамического обтекателя и напряженного состояния клеевого соединения модельного образца с использованием конечно-элементных моделей. Соотношение между эквивалентными напряжениями в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя, геометрическими параметрами клеевого слоя модельного образца и усилием, сдвигающим внутреннюю трубу модельного образца, определяется по формуле. Технический результат: повышение эффективности контроля прочности клеевого соединения керамических обтекателей в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ за счет замены испытаний натурных изделий их моделями, воспроизводящими условия работы клеевого соединения. 2 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для контроля и исследования прочности при сдвиге клеевых соединений оболочек типа тел вращения.

Известен способ определения прочности клеевых соединений (ГОСТ 14759-69 Клеи. Метод определения прочности при сдвиге). Известен способ определения прочности клеевых соединений (РТМ 1. 2. 126 - 88 Клеи. Метод определения прочности при сдвиге клеевых соединений листовых неметаллических материалов). Сущность методов заключается в определении разрушающей силы при растяжении образца, склеенного внахлестку, усилиями, стремящимися сдвинуть одну половину образца относительно другой. Основным недостатком этих методов является наличие краевого эффекта: наибольшие уровни напряжений реализуется на краях образцов и кроме касательных напряжений появляются нормальные напряжения (напряжения отрыва).

Наиболее близким из них по технической сущности к заявленному решению является способ определения прочности при осевом сдвиге клеевых соединений трубчатых образцов (ОСТ 1 90 358-84 Клеи. Метод определения прочности вспененных клеевых соединений металлов при осевом сдвиге образцов типа «труба в трубе»), включающий нагружение клеевого соединения образца телескопического типа сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг по поверхности склеивания внутренней части образца относительно внешней в направлении его оси и определение величины разрушающей силы при статическом нагружении клеевого соединения. При этом распределение напряжений вдоль образующей в клеевом слое образца имеет равномерный характер.

Однако данный способ определяет лишь прочность на сдвиг клеевого соединения образца, которая в определенной степени характеризует технологию сборки образца и качество используемого сырья, не позволяя в полной мере оценить свойства узла соединения натурного изделия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности контроля прочности клеевого соединения керамических обтекателей в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ за счет замены испытаний натурных изделий их моделями, воспроизводящими условия работы клеевого соединения.

Поставленная задача достигается следующим образом.

Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя, включающий определение величины разрушающей силы и соответствующих перемещений при статическом нагружении клеевого соединения образца типа «труба в трубе» сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг внутренней трубы относительно внешней трубы в направлении оси образца, отличающийся тем, что размеры клеевого соединения модельного образца и сжимающее усилие, в результате которого в клеевом слое возникают деформации сдвига, подбираются с учетом соответствия напряженного состояния клеевого слоя в клеевом соединении керамического обтекателя и напряженного состояния клеевого соединения модельного образца с использованием конечно-элементных моделей, при этом соотношение между эквивалентными напряжениями в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя, геометрическими параметрами клеевого слоя модельного образца и усилием, сдвигающим внутреннюю трубу модельного образца, определяется по формуле:

где σэкв. узла - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя; σэкв. модели - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое модельного образца; F - усилие, сдвигающее внутреннюю трубу модельного образца; D - диаметр клеевого слоя модельного образца; L - высота клеевого слоя модельного образца.

При построении конечно-элементной модели клеевого соединения керамического обтекателя и модельного образца в качестве критерия разрушения клеевого слоя при действии осевой силы принимается максимальный уровень эквивалентных напряжений (критерий Мизеса). Конечно-элементная модель построенная в системе FEMAP-NASTRAN, состоит из конечных элементов типа SOLID, позволяющих определять касательные и эквивалентные (по Мизесу) напряжения в клеевом слое. Модель учитывает геометрические параметры, действующие нагрузки и физико-механические характеристики материалов узла соединения контролируемого натурного изделия и образца.

Выбранные (рассчитанные) по предложенной модели размеры образца и площади склейки керамики с металлом обеспечивают соответствие напряженного состояния клеевого соединения модельного образца напряжениям, возникающим в клеевом соединения контролируемого натурного изделия, как по характеру распределения напряжений, так и по соотношению между компонентами напряжений.

Предлагаемый способ оценки прочности при сдвиге соединения керамического обтекателя реализуется следующим образом.

Схематичное изображение используемого для реализации заявляемого способа модельного образца телескопического типа приведено на фигуре 1. Модельный образец состоит из металлической вставки 1, моделирующей шпангоут обтекателя, представляющей собой круглый тонкостенный цилиндр с основанием и центрирующим отверстием, а также цилиндрического керамического кольца, моделирующего оболочку обтекателя 2. Керамическое кольцо и металлическая вставка соединяются клеевым слоем 3.

Схематическое изображение образца телескопического типа, установленного в приспособление для испытания, приведено на фигуре 2. Приспособление для испытания состоит из пуансона 4 и опоры 5 для установки на испытательную машину.

Образец устанавливают в специальных приспособлениях между опорами, испытывают на сдвиг с записью диаграммы «нагрузка-перемещение», определяют прочностные и деформационные характеристики клеевого соединения образца и по полученным результатам оценивают прочность и жесткость при сдвиге соединения контролируемого натурного керамического обтекателя, сравнивая их с заданными базовыми значениями.

Для проведения испытаний по заявляемому способу не требуется создания специальных нагружающих устройств, достаточно наличия стандартной универсальной испытательной машины.

При изучении других технических решений в данной области техники установлено, что рассмотренные в способе отличительные признаки ранее не встречались, способ соответствует критерию изобретения «новизна» и обеспечивает достижение указанного технического результата изобретения - повышение эффективности контроля прочности клеевого соединения керамических обтекателей. Таким образом, заявляемое техническое решение - способ соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ может найти применение в процессе производства и при проведении опытно-конструкторских работ для оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя и контроля клеевых соединений различных оболочек вращения.

Способ оценки прочности при сдвиге клеевого соединения керамического обтекателя, включающий определение величины разрушающей силы при статическом нагружении клеевого соединения образца типа «труба в трубе» сжимающими усилиями, вызывающими сдвиг внутренней трубы относительно внешней трубы в направлении оси образца, отличающийся тем, что размеры клеевого соединения модельного образца и сжимающее усилие, в результате которого в клеевом слое возникают деформации сдвига, подбираются с учетом соответствия напряженного состояния клеевого слоя в клеевом соединении керамического обтекателя и напряженного состояния клеевого соединения модельного образца с использованием конечно-элементных моделей, при этом соотношение между эквивалентными напряжениями в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя, геометрическими параметрами клеевого слоя модельного образца и усилием, сдвигающим внутреннюю трубу модельного образца, определяется по формуле:

где σэкв. узла - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое клеевого соединения керамического обтекателя; σэкв. модели - максимальное значение эквивалентных напряжений в клеевом слое модельного образца; F - усилие, сдвигающее внутреннюю трубу модельного образца; D - диаметр клеевого слоя модельного образца; L - высота клеевого слоя модельного образца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к образцам, и позволяет испытывать полимерные композиционные материалы (ПКМ) на сдвиг в плоскости листа, а точнее высокомодульные углепластики, с укладкой слоев под углом ±45°.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием. Способ включает шаговую резку наклонными ножами клиновых листовых образцов в направлении увеличения их ширины, регистрацию усилия резания и определение ширины образца при каждом резе, на основании которых строят график зависимости усилия резания от ширины зоны резания, по которому устанавливают минимальное значение ширины образца в зоне резания, где усилие резания достигает максимального значения.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании энергообмена в массиве горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА). Сущность: осуществляют силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытаний материалов на сдвиг и кручение и может быть использовано в машиностроении. Устройство содержит нагружающий и опорный стержни, снабженные тензодатчиками, между которыми размещен образец.

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу установления предельного состояния деформируемой сжимающей и растягивающей нагрузкой материальной среды.

Изобретение относится к методам определения механических характеристик клеевых соединений при интенсивных тепловых воздействиях. Сущность: осуществляют индукционный нагрев образца клеевого соединения до заданной температуры со скоростью 5-50°C/с и определяют искомые характеристики.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания образцов строительных материалов на совместное действие усилий растяжения, среза и изгиба, и позволяет испытывать образцы материалов при различных комбинациях нагружения их усилиями растяжения, среза и изгиба в совокупности с разрывной машиной.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытания материалов, в частности горных пород, при исследовании процесса энергообмена в образцах горных пород с целью прогноза и предотвращения опасных динамических явлений.

Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного.

Изобретение относится к области ракетной техники, в частности к способам обеспечения непрерывного контроля состояния твердотопливных зарядов ракетных двигателей.

Изобретение относится к области испытательной техники. Устройство включает насосную станцию, гидрораспределители, гидроцилиндры, динамометры, рычажную систему, механизмы электрические прямоходовые, автоматическую систему управления.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для создания циклических нагрузок внутренним избыточным давлением воздуха при испытаниях на ресурс фюзеляжей и других авиационных гермоотсеков.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга напряженности механических конструкций при их эксплуатации или проведении сертификационных ресурсных испытаний.

Изобретение относится к области испытательной техники и предназначено для создания циклических трапециевидных программ нагружения избыточным давлением воздуха при прочностных испытаниях на ресурс фюзеляжей и других авиационных гермоотсеков.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности, к установкам для ресурсных испытаний фюзеляжей летательных аппаратов нагрузками, создаваемыми внутренним избыточным давлением сжатого воздуха.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к установкам для тепловых испытаний авиационных конструкций. Установка содержит вентиляторы, электрические воздухонагреватели, термокамеру, коллекторы газообразного теплоносителя, датчики температур, систему автоматического управления, систему эвакуации отработанного теплоносителя.

Изобретение относится к системам безопасности в чрезвычайных ситуациях и может быть использовано для взрывозащиты зданий, сооружений, а также технологического оборудования.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций.

Изобретение относится к системе и способу измерения усталости для механических деталей летательного аппарата, например самолета, а также к способу технического обслуживания летательного аппарата.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в научных и производственных лабораториях для определения критического коэффициента интенсивности напряжения в образцах бетона, используемого, например, в железобетонных элементах зданий и сооружений. Сущность: в образце-призме бетона создают зону концентрации напряжения путем нанесения двух симметричных надрезов на одной грани образца бетона, после чего образец нагружают до разрушения, замеряют разрушающую нагрузку и определяют критический коэффициент интенсивности напряжения по формуле где Р – разрушающая нагрузка, MН; Y – поправочный коэффициент; t – ширина образца, м; H – расстояние от надреза до грани образца, м; l – глубина надреза l=b/4, здесь b – высота образца, м. Технический результат: повышение точности и достоверности определения критического коэффициента интенсивности напряжения путем образования зон концентраций напряжения в виде надрезов. 1 ил., 2 табл.
Наверх