критерії проектування

Основні критерії проектування з'єднань композиційних-них матеріалів залежать від типу структур, призначення з'єднують-мих деталей, типу з'єднання і цілого ряду інших факторів.

Мал. 22.1. Типи з'єднань деталей з композитів:

А - прості сполуки: 1 - звичайне іахлесточіое; 2 - «нахлесточіое з вигином: 3 - стикове з простою накладкою; 4 - стикове зі скошеною накладкою; 5 - з'єднання у вус з накладкою; б - подвійні сполуки; 6 - стикове з двома накладками; 7 - дво-стороннє нахлесточіое; 8 - скошсііое двостороннє нахлесточіое

Крім того, в рекомендаціях, представлених нижче, будуть опи-Сива матеріали з високими характеристиками міцності: несучою здатністю, межею міцності в площині зразка. Одночасно буде визначатися розподіл напружень в концентраторі - отворі для механічних з'єднань. Кон-струкції з'єднань повинні бути піддані випробуванням при статичних навантаженнях, визначені їх втомні властивості і вплив навколишнього середовища. Руйнування композиту в резуль-

Мал. 22.2. Напруження в композитах:

А - розподіл напружень в околі отвору в композиті: 1 - ізотропний склопластик; 2 - односпрямований боро - і вуглепластик, кевлар-епоксидний компо-позитний матеріал; до - коефіцієнт концентрації напружень; l - відстань від центру отвору; R - радіус отвору; б - напруги зминання в напрямку ви-кладки Авчі (матеріал - склотекстоліт на основі ткаіі 181 і поліефіру) при іагру - жінчин по основі

22.1. Межа міцності при зминання залежно від співвідношення D / t

Тканина 181 / поліефірне сполучна 297,6

Стекломата / поліефірне сполучна 206,7

(0 ° / 90 °) / епоксидне сполучна, 1378,0

(0 ° / 90 ° / ± 45 °) / епоксидне сполучна 1033,5

Композити на основі арамідних ( «.Кевлар»)

Склотканина 181, тканину «Кевлар» / епоксидне 379,8 сполучна

(0 ° / 90 °) / епоксидне сполучна 447.

(0 ° / 900 / ± 450) / епоксидне сполучна 344,5

Таті смятия відбуватиметься, якщо напруги а викликають 4% -ве подовження діаметра отвору (AD). Типові резуль-тати визначення межі міцності при зминання представлені в табл. 22.1. Напруження в композиті при смятии знижуються з ростом співвідношення D / t (відношення діаметра отвору до тол-щині зразка), як це показано на рис. 22.2, б 2]. У стандарт-них конструкціях з склопластиків використовують величину D / t, рівну 1 для композитів товщиною більшою, ніж 2,3 мм, хоча можливо отримати більш високі значення D / t для таких шаруватих пластиків. Для гранично тонких ламинатов (

0,76 мм) можна використовувати локальне посилення місць з'єднання, що

Також дозволяє підвищити співвідношення D / t, довівши його до значень> 4. Для біль-шинства боро - і углепла-стіків співвідношення D / t та та 3 для всіх товщин. Ком-позитив можуть обробляти-ся для заповнення з'єднай-телем (зенковки під потай-ні головки), але товщина деталей, що з'єднуються не поділ-жна бути менше, ніж 0,76 мм. Рекомендовані товщини композитів на різні розміри соеди-Передачі елементів при-ведені в табл. 22.2. Для них використовувалися потай-ні головки з кутом раз-зенковки 100 °. Практичес-кое конструювання з'єднань склопластикових ма-лов засноване на використанні з'єднувальних елементів без потайних головок, для чого необхідне знання тільки діаметру і глибини отвору. Для проектування з'єднань з мі-нимума маси і малим запасом міцності область мнуть напруг оцінюють як товщину без роззенковкою плюс поло-вина глибини роззенковкою плюс діаметр отвору. Для цієї області стосовно вугіллі - і боропластікам використовуються накладки з раззенковать отворами. Навантаження при вирощуючи-жении зразка композиту, має ряд отворів з раззенкуйте-кою, розподіляється по ширині зразка мінус сумарний ефек-тивний діаметр отворів. Ефективний діаметр отвору, еквівалентний повного діаметру отвору, з урахуванням роззенковкою під кутом 100 ° для склопластиків представлений на рис. 22.3 [1]. Для боро - і углепластиков необхідно визначити орієнтацію ряду отворів щодо осі орієнтації армуючої компо-ненти. Діаметр і тип з'єднання вибираються виходячи з соотно-шення D / t, мінімальної глибини зенковки, необхідної ін-ності сполуки, температури експлуатації, зусилля притиску, розміру сполуки, фактора концентрацій напруг, жест-кістки і стійкості до зовнішніх умов.

Мал. 22.3. Залежність еквівалентно-го діаметру D3 отворів з раззенкуйте-кою під кутом 100 0 від товщини шари-стого пластика t для різних диамет-рів d заклепок з потайною головкою

Малі кріпильні вироби (діаметром 1,6 мм) зазвичай рідко використовуються в літакобудуванні. Вони важкі у виготовленні і мають тенденцію пошкоджувати композит під час установки. Навпаки, для створення з'єднань скло - і органопластіков ( «Кевлар»), використовуються кріпильні вироби великого діаметра (^> 8 мм). Для боро - і углепластиков діаметр кріпильних виробів має мень'шее значення. Зазвичай намагаються вибирати отвори найменшого діаметра з усіх, здатних забезпечити необхідну міцність з'єднання. Для композитів тонше 1,5 мм для соеди-нений необхідно використовувати додаткові накладки.

Відстані від торця 1Т і від краю бічної сторони - важ-ні параметри при механічних з'єднаннях композитів. Перше визначається відстанню від кінця з'єднання до центру отвору, а друге - видаленням краю з'єднання від центру сле-дме отвори (рис. 22.4, а).

У табл. 22.3 дані рекомендації з вибору відстаней від торця або бокового краю композиту в залежності від товщини останнього.

Якщо необхідно конструкційну рішення, пов'язане з готівкового о-Чієм багатьох отворів, то між ними має бути передбачено певну відстань. Відстань між суміжними рядами визначається за центрами отворів в кожному ряду (рис. 22.4, а). Найчастіше це відстань вибирається рівним п'яти діаметрам отворів, що відповідає досить великому запасу ін-ності. У разі необхідності конструкторського рішення з мно-шими рядами отворів відстані між зовнішніми рядами повинні бути більше, ніж між внутрішніми, так як при вирощуючи-ГІВА навантаженнях в поєднанні на них припадає більше зусилля '.

У конструкціях повинні бути враховані і нетривіальні соеди-вати, в тому числі включають несиметричні системи отвер-стій для кріплення. У таких з'єднаннях виникають додаткового-тільні напруги. Якщо для з'єднання необхідно багато рядів отворів, то крім виконання вимог по мінімізації-ції втрат міцності потрібно зробити мінімальними питомі осьові навантаження. В цьому випадку в кожному ряду розташовується тільки кожне друге отвір. Для таких з'єднань расстоя-ня між рядами отворів повинно бути не менше 4D. особливо

13 п / р Дж. Люби 385

Міцні з'єднання (симетричні, з відстанями між ря-дами 2D) краще перерозподіляють напруги, ніж несім-метричних з'єднання.

Конструкції з'єднань композиційних матеріалів тре-ють іноді локального нарощування товщини в місці з'єднань, щоб забезпечити можливість використання потайний головки і зменшити мнеться навантаження. Таке потовщення може бути здійснено расплавних технологією, воно не повинно давати різкого збільшення жорсткості або бути концентратором напружень.