Карта сайта Добавить в закладки Написать письмо О проекте
Строительство | Ремонт | Мебель | Интерьер | Сделай сам | Дача | Стройматериалы | Окна | Двери
  Строительные фирмы

Главная
Ремонт
Стены
Пол
Потолок
Окна
Сантехника
Двери
Интерьер

Стройматериалы

Дача

Советы дачнику
Часть 1, 2, 3, 4, 5
Часть 6, 7, 8, 9, 10
Часть 11, 12, 13, 14, 15
Часть 16, 17, 18, 19, 20
Строим дом сами
Часть 1, 2, 3
Клеевые соединения               
Часть 1, 2, 3, 4
Еще статьи
Сотовые и слоистые конструкции

Сотовые и слоистые конструкции


Слоистые конструкции — наиболее обширная область применения клеев в авиапромышленности и космической технике. Ежемесячно склеиваются миллионы квадратных метров таких конструкций. Определить единые конструкционные требования к ним трудно из-за большого разнообразия и сложности отдельных проектов и разных условий эксплуатации. При проектировании клееных слоистых конструкций важно учитывать, что характер напряжений, которые станут воздействовать на панель или агрегат, зависит от формы конструкции и от величины и направления приложенных сил. Заранее надо знать виды нагрузок, которые станут действовать на проектируемую конструкцию. Если же таких данных нет, то необходимо провести соответствующие испытания. Простая плоская панель почти уже ушла в область преданий. Теперь, по-видимому, изготовить совершенно плоскую панель труднее, чем панели со сложными обводами, особенно в том случае, когда они изготовляются с использованием клеев горячего отверждения, а отверждение осуществляется в прессах или в автоклавах при повышенных температурах.

Ниже перечислены некоторые требования, подлежащие учету при проектировании слоистых конструкций:

1) обшивки должны иметь достаточную толщину и прочность, чтобы противостоять растягивающим, сжимающим и срезающим напряжениям, возникающим при действии расчетной нагрузки;

2) заполнитель должен иметь достаточную прочность, чтобы противостоять срезающим напряжениям, вызываемым эксплуатационной нагрузкой;

3) заполнитель должен быть достаточно высоким и иметь достаточный модуль сдвига, чтобы предотвратить общую потерю устойчивости при расчетной нагрузке;

4) модуль Юнга заполнителя и сопротивление сжатию обшивок должны быть достаточными, чтобы предотвратить образование складок в обшивках в условиях эксплуатации;

5) ячейки заполнителя должны иметь надлежащие размеры, чтобы предотвратить потерю устойчивости обшивок в пределах отдельной ячейки при действии расчетной нагрузки;

6) заполнитель должен обладать достаточным сопротивлением сжатию, чтобы воспрепятствовать раздавливанию при расчетных нагрузках, действующих перпендикулярно к обшивкам панели, или при сжимающих напряжениях, возникающих в процессе изгиба;

7) чтобы избежать прогибов под действием расчетной нагрузки, конструкция должна иметь соразмерные параметры по прочности при изгибе и жесткости при сдвиге;

8) необходимо учитывать технологичность операций по изготовлению и последующей обработке изделия;

9) необходимо учитывать тип и вес клея (в сверхлегких конструкциях с толщиной обшивки 0,25 мм или меньше вес клея становится важным фактором); кроме того, клеи могут оказаться подверженными ползучести при рабочих температурах изделия;

10) необходимо учитывать все эксплуатационные условия (температуру, влажность, вибрацию, предполагаемый срок службы, если ограничиться перечислением лишь самых важных эксплуатационных факторов).

При проектировании изде-

лий с агрегатами сотовой конструкции необходимо вести расчеты по следующим параметрам.

Ползучесть. Сопротивление ползучести в сотовых слоистых конструкциях зависит главным образом от клеевого соединения. Ползучесть в этом случае есть сверхнормативная величина перемещения, остаточной деформации или деформации, которая обусловлена эластичностью конструкции, металла или клеящей системы. Условия эксплуатации многих конструкций допускают лишь незначительную ползучесть, в то время как для ряда других конструкций ползучесть представляет собой главную трудность, которую приходится преодолевать при проектировании. Например, в конструкциях крыла самолета ползучесть может изменять аэродинамические характеристики крыла. Ползучесть клееной конструкции зависит от следующих факторов: а) температуры эксплуатации; б) формы панели (ее толщины и размеров); в) материала обшивки; г) напряжений в листах обшивок; д) материала заполнителя (сплав, металл, пластик и т. п.); е) плотности заполнителя; ж) размеров ячейки заполнителя; з) напряжений в заполнителе (в том числе и напряжений, создаваемых самим клеем); и) ориентации армирующего материала заполнителя; к) вида клея (здесь важно учесть также нагрев при отверждении, характер используемого оборудования и равномерность прогрева при отверждении).

Очень быстрые или резкие изменения температуры создают большие трудности. Например, ракета подвергается при заправке на пусковой площадке жидким кислородом воздействию криогенных условий, а сразу после запуска те же самые агрегаты попадут под действие повышенных температур.

Усталость. Механическая или акустическая усталость не создает больших трудностей при проектировании слоистых конструкций. При усталостном многократном нагружении обычно разрушаются обшивки слоистых панелей. Это свидетельствует о том, что клей хорошо соединяет листы обшивок с заполнителем и выполняет свое назначение в течение всего срока усталостной службы панели. Усталость может еще обернуться проблемой в самолетостроении, так как конструкторы все более повышают скорости и используют все более необычные металлы. Места стыков и вставок— наиболее опасные места с точки зрения усталостного разрушения агрегата.

Ударная вязкость. Если ожидаются ударные нагрузки значительной величины, то прежде всего необходимо увеличить толщину обшивок и распределить нагрузку на большую площадь, уменьшив таким образом напряжения. Ударное нагружение особенно опасно при криогенных температурах. Для работы в подобных условиях необходимо выбрать клей, который сохраняет гибкость при сверхнизких температурах. Если известно заранее, что та или иная панель будет подвергаться действию ударных нагрузок, то можно принять и дополнительные меры предосторожности (нанесение эластомерных покрытий, видоизменение креплений, использование пенозаполнителей). По всей вероятности, наибольшие ударные нагрузки сотовые панели испытывают еще в цехе при транспортировке или при установке узловой сборки в агрегат. Очень опасны в этом отношении сборщики, привыкшие пользоваться молотками.

Отдир. Отдир по возможности нужно устранять проектированием, но во многих случаях это невозможно. Панель остается нагруженной преимущественно на сдвиг до тех пор, пока не началось разрушение или не образовалась трещина, после чего возникают отдирающие усилия. Наибольший эффект в борьбе с отдиром дает применение подслоев, которые повышают стойкость к действию отдирающих и изгибающих напряжений.

Сжатие. Панель, нагруженная на сжатие, может изгибаться внутрь или наружу. При разрушении от сжатия прочность панели обычно ограничивается заполнителем. Если панель изгибается наружу, то ее прочность определяется прочностью клея при равномерном отрыве. Если же она изгибается внутрь, то прочность панели зависит от прочности заполнителя.

В клееных слоистых конструкциях самую важную роль играет соединение обшивки с заполнителем, а всевозможные крепления, элементы усиления и т. п. имеют второстепенное значение. Соединение обшивки с заполнителем должно выдерживать примерно такие же нагрузки, что и заполнитель. Оно должно противостоять разрушению от разрыва и ползучести в течение полного срока службы, удовлетворяя наряду с этим всем другим прочностным требованиям. Помимо прочности при сдвиге, соединение заполнителя с обшивкой должно обладать достаточной прочностью при

равномерном отрыве, чтобы предотвратить образование складок на обшивках под действием нагрузок. Складкообразование возможно при действии продольных сжимающих нагрузок. Прочность заполнителя при сдвиге зависит от природы материала заполнителя, его удельного веса, толщины, в некоторой степени от материала обшивок, их толщины и температуры. Данные по таким параметрам заполнителя, как плотность, модуль, прочность при сдвиге, растяжении и т. п., должны сообщаться фирмой поставщикам.

Прочностные требования и надежные расчетные значения для клеев, используемых для соединения обшивок с металлическими заполнителями, приводятся в спецификации MIL-A-25463 под названием «Клей для металлических силовых сотовых конструкций», в которой клеи классифицируются следующим образом:

1) Тип I. Для длительной работы при температурах от —55 до 82°С.

2) Тип II. Для длительной работы при температурах от —55 до 149° С.

3) Тип III. Для длительной работы при температурах от —55 до 149° С с кратковременным нагревом до 260° С.

4) Тип IV. Для длительной работы при температурах от —55 до 260° С:

а) класс 1: только для соединения металлических обшивок с металлическими заполнителями;

б) класс 2: для соединения металлических обшивок с металлическими заполнителями, вставками, концевыми креплениями и другими элементами готовых слоистых конструкций.

Слоистую панель можно уподобить двутавровой балке, в которой обшивки служат полками, а заполнитель — стенкой двутавра. Обшивки несут осевые сжимающие и растягивающие напряжения. Заполнитель противостоит срезающим напряжениям и предотвращает потерю устойчивости обшивок под действием осевых (продольных) сжимающих нагрузок.

Конструктор должен по возможности извлекать выгоду из того, что соты прочнее при сдвиге и имеют при сдвиге больший модуль, если полосы материала расположены параллельно пролету.

Необходимо подчеркнуть еще раз роль размера ячеек как важного параметра при выборе заполнителя. Чем мельче ячейки, тем выше прочность соединения и стойкость обшивок, нагруженных на сжатие, к образованию складок. В многослойных конструкциях с алюминиевыми обшивками отношение размера ячейки к толщине обшивки не больше 10 : 1 уже обеспечивает более чем достаточный предел текучести обшивок при сжатии.

Соединение между заполнителем и обшивками должно выдерживать, как уже упоминалось, приблизительно те же самые напряжения сдвига, что и сам заполнитель. Это обстоятельство важно учитывать при выборе клея. Клеевое соединение должно противостоять разрушению при растяжении и ползучести во всем диапазоне рабочих температур и должно отвечать всем другим требованиям в отношении изготовления и эксплуатации. Выбранный клей должен иметь по возможности высокую прочность при отдире, хотя это и не является главным моментом при проектировании панели. Клеи со средней прочностью при отдире, но высоким сопротивлением сдвигу, усталости и ползучести успешно используются при изготовлении слоистых конструкций в авиационной промышленности и ракетно-космической технике.

Использование клеев в виде армированной пленки или ленты бывает целесообразным по ряду причин. Это гарантирует равномерное распределение клея по площади соединения и облегчает жесткий контроль толщины и веса клея. Вместе с тем армирующая ткань повышает сопротивление клеевого шва отдиру, хотя отдир может все равно оказаться критичным фактором при повышенных температурах. Важно, чтобы между листом обшивки и стенками ячеек сотов образовался наплыв клеящего материала. Поэтому приходится учитывать и свойства выбранной клеящей системы по отношению к образованию наплывов подобного рода. Испытания должны проводиться на модельных панелях, подобных проектируемым. Удовлетворительные характеристики клеящей системы в обычном соединении внахлестку не являются гарантией того, что данная система должна хорошо работать и в слоистой конструкции, хотя многие клеи хорошо проявляют себя в обеих этих областях.

В последнюю очередь определяют вес панели, который впоследствии приводится в соответствие с требованиями проекта.

Наращивание заполнителя и листов обшивки. Часто куски заполнителя соединяют между собой в узле. Так почти всегда приходится делать в очень крупных агрегатах. По-видимому, легче наращивать заполнитель в случае сложных контуров. Во многих случаях целесообразно ставить в одном агрегате заполнители нескольких типов или вырезать поврежденный кусок заполнителя.

Более прочным и потому наилучшим методом наращивания является соединение на ус, которое обеспечивает высокую прочность швов. Запрессовать место склеивания подобной конфигурации также гораздо проще. Если наращивание проводится в процессе производства, а не при ремонте, то такое соединение отверждается одновременно с остальными соединениями агрегата. Обычно для наращивания заполнителя пользуются жидкими клеями или клеями на эпоксидной основе, поскольку они не требуют таких давлений, какие необходимы для многих других клеящих систем.

Часто и небезуспешно заполнитель наращивают встык, так как это наиболее простой способ соединения. Между двумя кусками заполнителя оставляют небольшой зазор и заливают его клеящим составом, обычно эпоксидным, причем заливка охватывает еще несколько соседних ячеек.

Механическое соединение — один из наиболее прочных способов наращивания. Концы двух кусков заполнителя накладывают друг на друга и затем резким ударом соединяют вместе. Площадь соединения можно затем в целях упрочнения заполнить компаундом. Существуют и другие способы механического сращивания — зигзагообразные или в виде ласточкиного хвоста, но они менее технологичны и используются не часто. Тем не менее эти виды наращивания обеспечивают высокую прочность соединений.

Зачастую в агрегатах приходится наращивать обшивки для обеспечения цельности агрегата. Листы обшивок наращивают путем состыковки двух листов и наложения на подогнанные концы металлической ленты, что дает два соединения внахлестку. Подобный способ наращивания можно рассматривать как соединение внахлестку. Необходимо предусмотреть оборудование для создания давления по месту стыка и принять меры предосторожности, чтобы не снять или не снизить давление на прилегающих участках.

Обшивки, особенно тонколистовые, можно наращивать простым перехлестом. При наращивании этого вида на одной из частей панели, которая перехлестывает другую, оставляют часть обшивки нужной длины. Так как этот вид соединения тоже создает неровности на поверхности, нельзя забывать о соответствующей оснастке.

Наращивать можно, если это осуществимо, в процессе склеивания агрегата и тем же самым клеем, которым склеивают агрегат. Если используемый для этого конструкционный клей не годится для наращивания, то надо взять другую клеящую систему, по циклу отверждения и требованиям к давлению одинаковую с клеем, на котором изготовляют сотовую конструкцию.

Иногда приходится состыковать несколько агрегатов, уже отвержденных на стадии узловой сборки. Зачастую это выполняется клеями холодного отверждения с использованием нахлесточных накладок. В подобных случаях важнее всего площадь накладки, которая должна быть достаточной для обеспечения прочности, удовлетворяющей проектным требованиям. Некоторый запас предусматривается на неодинаковое тепловое расширение, чтобы избежать коробления. Если используемая накладка имеет значительную толщину, то ее полезное действие можно улучшить скашиванием или утонением кромок законцовки и заглушки.

Концевые элементы и заглушки. Существует много типов концевых элементов для сотовых конструкций. Достаточно простая кромка получается, когда листы обшивок немного выступают над заполнителем по всему периметру панели, а образующийся проем просто заливают клеящим компаундом. Этот прием годится для некоторых других заполняющих материалов, например металлических или пластиковых блоков, брусков древесины или слоистых блоков из неотвержденных пластиков. Блок, установленный в качестве концевого элемента, повышает сопротивление сжатию, что особенно важно при установке панели в конструкцию. В большинстве случаев между обшивкой и блоком можно ставить металлический лист-дублер. Это обеспечивает достаточную глубину зенковки или толщину опоры под крепеж. Блок можно приклеивать не очень прочно, но качество приклеивания дублера должно быть высоким. Концевые элементы не только воспринимают нагрузки, но в то же время действуют как уплотнения. В большинстве случаев их изготавливают штамповкой или механической обработкой.

Z-образные законцовки — самый распространенный вид всех концевых элементов. В некоторых случаях законцовки создают изгибанием одной из обшивок до соединения с противоположной обшивкой по кромке панели. Это очень эффективный способ применительно к тонким обшивкам, позволяющий легко присоединять Z-образную законцовку в процессе первичной операции отверждения. Если это неосуществимо, то из разных кусков металла формируют Z-образную законцовку, которую затем соединяют с обеими обшивками. Подобное подсоединение можно проводить и в процессе склеивания панели. По кромкам обшивочных листов для повышения жесткости кромок иногда ставят дублер, что приводит к уменьшению изгибающих моментов. В большинстве случаев Z-образную законцовку формуют просто под прямым углом, что позволяет присоединять заполнитель в слоистом материале встык к одной из секций подобной законцовки без специального заполняющего материала или без профилирования заполнителя у кромок.

Простой прием, используемый многими изготовителями, заключается в использовании слоев предварительно пропитанного материала и укладывании его вокруг кромок слоистой конструкции. Это просто и обеспечивает достаточную герметичность, но не годится для сильно нагруженных конструкций. Обычно заполнитель срезается на ус, а одна из обшивок незначительно выступает над другой. Затем на нижнем листе размещается полоса предварительно пропитанного материала, прижимается к заполнителю и перехлестывается на нужную величину на верхней обшивке. Заглушки из предварительно пропитанного материала можно отверждать вместе с агрегатом.

Соединительные элементы и вставки. Существует столь великое множество типов соединительных элементов, что в настоящей главе невозможно полностью осветить этот вопрос. Многие фирмы проектируют и изготавливают свои собственные специальные соединительные элементы.

Мало что можно сказать о сравнительных свойствах элементов крепления и фитингов, так как обычно необходимы испытания, чтобы удостовериться в том, что эти элементы удовлетворяют проектным требованиям. В большинстве случаев нагрузки в фитингах и креплениях передаются на обшивки слоистых агрегатов, причем такая передача осуществляется через клеевое соединение. Если клей достаточно прочен, то конструктор может начинать рассчитывать склеиваемые элементы. Многие крепления столь сложны, что конструктору трудно проследить за путями передачи нагрузок через соединение.

Сведений общего пользования очень мало, так как каждый выполняет испытания, необходимые для конкретного проекта, причем такие данные могут быть бесполезны для других конструкторов. И хотя многие изготовители подобных металлических конструкций могут предоставить необходимые сведения, потребители все же часто проводят свои собственные испытания.

Вставки размещаются внутри панели в местах крепления и используются для удержания обшивок в начальном положении. Приклеивать вставки целесообразно сразу, но это не обязательно. Их можно соединить и позже, часто с помощью клеев холодного отверждения. Иногда в местах вставок приходится приклеивать усиливающие элементы, что зависит от величины проектных нагрузок. Очень часто необходимы испытания для определения соответствия вставки требованиям эксплуатации, но в этой области существуют специализированные фирмы, которые могут снабдить

конструкторов ценными сведениями. Многие типы вставок выпускаются с расчетом на монтаж через специальные отверстия в уже готовых панелях.

Если вставки предназначаются для очень больших нагрузок, то их лучше всего заливать кемпаундом. Когда вставка устанавливается, смола размещается вокруг нее, образуя соединение между вставкой и заполнителем. Это помогает распределять нагрузки, предотвращая таким образом концентрацию напряжений в листах обшивок. Уплотненные области могут служить не только для установки крепежа и передачи нагрузок от вставки, но могут оказаться необходимыми и в тех областях агрегата, где ожидается высокая концентрация напряжений.


Читайте также:

Подготовка поверхности под склеивание
Химическая обработка склееваемой поверхности
Химическая очистка склееваемой поверхности
Зашкуривание склееваемой поверхности
Щелочная очистка склееваемой поверхности

При копировании материалов ссылка на сайт krivorukih.net обязательна