Влияние соединительного клеевого слоя в трехслойных конструкциях при расчете их на прочность

Хуанг Сонг-Дженг

Влияние соединительного клеевого слоя в трехслойных конструкциях при расчете их на прочность тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Хуанг Сонг-Дженг АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

1999 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Влияние соединительного клеевого слоя в трехслойных конструкциях при расчете их на прочность»

Автореферат диссертации на тему "Влияние соединительного клеевого слоя в трехслойных конструкциях при расчете их на прочность"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ " МАТИ "-Российский Государственный Технологический Университет им. К.Э.Циолковского

ХУАНГ Сонг-Дженг

ВЛИЯНИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО КЛЕЕВОГО СЛОЯ В ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ПРИ РАСЧЕТЕ ИХ НА ПРОЧНОСТЬ

Специальность 01.02.06 - "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры"

АВТОРЕФЕРАТ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

РГб од

Москва-2000

Работа выполнена в " МАТИ "-Российский Государственный Технологический Университет им. К.Э.Циолковского

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Кобслсв В.Н.

Официальные оппоненты доктор технических наук,профессор,

начальник отдела прочности ЦНИИМАШ Сухинин С.Н.

кандидат технических наук, ведущий инженер КБТМ Абросимов Н. А.

Ведущее предприятие: НИВЦ ЦНИИСМ

Защита состоится 1 марта 2000г. в 16 часов на заседании специализированного Совета К063.56.02 при МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского по адресу: г. Москва, ул. Оршанская, 3; почтовый адрес 121552, Москва, Г-552, ул. Оршанская, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Автореферат разослан 15 Января 2000 г.

Ученый секретарь

Специализированного Совета СолдатовС.А.

О» - <Мб.?оэ £ ш>о + 0е% -ом, ръс щ 0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Применение высокопрочных сталей, армированных пластиков и других композиционных материалов на основе сверхпрочных непрерывных волокон или нитевидных кристаллов в тонкостенных подкрепленных конструкциях, работающих в условиях изгиба и сжатия, часто бывает неэффективным. Это объясняется тем, что по условию прочности конструкции из этих материалов должны иметь очень малую толщину. Но при этом резко снижается момент инерции сечения пластины или оболочки, и конструкция, особенно при невысоких модулях упругости материала, имеет низкие критические напряжения потери устойчивости.

Этого недостатка лишены трехслойные пластины и оболочки. Трехслойная пластина, или оболочка, состоит из двух относительно тонких внешних слоев (называемых несущими) из высокопрочных материалов, связшшых слоем заполнителя, толщина которого значительно больше толщины несущих слоев. Прочностные характеристики и плотность заполнителя, как правило, значительно ниже несущих слоев.

При использовании соответствующих материалов несущих слоев трехслойные пластины и оболочки могут обладать хорошими БИбрОПОГЛОЩаЮЩйМй лараКТерйСТККЗМй, >Т\1СТЬ НсОбхОДИМЫС звуко- и теплоизоляционные свойства, требуемую свето- и радиопрозрачность.

Расчетные нагрузки таких конструкций достаточно хорошо совпадают с экспериментальными данными. Однако разрушение трехслойных конструкций (ТК) часто происходит не вследствие потери устойчивости, а при нагрузках значительно меньших, чем критические. При этом разрушение происходит в зонах, прилегающих к опорам, местах приложения сосредоточенных сил, т. е. в зонах, где определяющими являются краевые моменты и напряжения.

Цель работы.

Создание эффективных методов анализа напряженно-деформированного состояния в клеевых слоях (КС) трехслойных цилиндрических конструкций, выполненных из различных материалов, исследование закономерностей их сопротивления в основных случаях стати ческого нагружения и сравнение результатов расчета с существующими методиками; проведение различных экспериментальных методов исследования напряженно-деформированного состояния КС ТК а также оценка влияния

различных марок клея для ТК на технологию производства ТК летательных аппаратов (ЛА). , .

Методика исследования.

Расчет прочности, жесткости и устойчивости технологических конструкций обычно связан с исследованием многократно статически неопределимых систем. Практически все примеры нагружения таких конструкций можно решить на основе теоремы о минимуме потенциальной энергии. Эта теорема, обладая значительной общностью, позволяет исследовать многие задачи равновесия упругого тела.

Решения, получаемые таким методом не всегда просты, а в сложных задачах расчёта трехслойных оболочек, пластин и балок энергетический прием не только очень удобен, но иногда просто незаменим для получения расчетных зависимостей.

Экспериментальные методики включают в себя метод фотоупругости, исследование интерферометром спекл-сдвига (вреЫе-БЬеаг), внедрение тензодатчика в клеевой слой ТК и снятие характеристик клеевых швов при изготовлении конструкций.

Научная новизна работы.

- На основе использования теоремы о минимуме потенциальной энергии и вариационных принципов, построена система дифференциальных уравнений в частных производных для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) несущих слоев, заполнители и клеевых слоев трехслойной цилиндрической оболочки под действием нагрузок.

- Используя пакет прикладных программ математического моделирования «МаркУ» реализован алгоритм расчёта напряженно-деформированного состояния элементов трехслойных цилиндрических оболочек и трехслойных балок.

Введена экспериментальная методика измерения напряжений в КС внедренным в него тензодатчиком. Количественная оценка влияния использования различных марок клея при изготовлении клеевого слоя на получение требуемых прочностных характеристик ТК.

Практическая ценность.

Полученная модель и разработанная и реализованная методика расчета НДС трехслойных цилиндрических оболочек с учетом клеевого слоя позволяет проводить расчет на прочность и

определять работоспособность конструкций с повышенной степенью достоверности.

Метод внедрения тензодатчика в клеевой слой ТК позволяет непосредственно получать деформации клеевых слоев ТК при нагрузке.

Достоверпоеть оаьотм.

Было проведено экспериментальное исследование, посвященное особенностям поведения клеевого слоя ТК. Было сравнение теоретического исследования с другими авторами, которое утверждает точность данной теоретической работы.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались на:

- II Международной аэрокосмической конгресс (Second International Aerospace Congress) 1997 г.

- XXTV Гагаринские чтения (всероссийская молодежная научная конференция) 1998 г.

- Fifth international conference on composites engineering, 1998 r, Las Vegas, USA.

- Всероссийская научно-техническая конференция 1998 г.

- XXV Гагаринские чтения (всероссийская молодежная научная конференция) 1999 г.

- Научно-технической конференции молодых специалистов ГКНПЦ им. М.В. Хруничева 1999г.

- 12th International conference on composites materials 1999т., Paris, France

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит го введения, пяти глав, заключения, приложений и списка использованной литературы.

На защиту выносится.

1. Система дифференциальных уравнений равновесия трехслойной цилиндрической конструкции с учетом работы клеевого слоя.

2. Расчет напряженно-деформированного состояния клеевого балки ТК, и влияния параметров слоев ТК на прочность.

3. Результаты экспериментального исследования болки ТК и ж сравнение с расчетными результатами.

4. Рекомендация на технологии производства ТК.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Трехслойная конструкция представляет собой составную конструкцию, состоящую из двух несущих слоев, заполнителя, расположенного между несущими слоями, и элементов каркаса (окантовок, законцовок, накладок, книц и др.). Заполнитель соединяется слоями путем склейки, сварки или пайки. Внешние, так называемые несущие слои изготавливаются из прочных материалов ( стали, сплавов легких металлов, дерева, армированной волокном пластмассы, бетона или асбестоцемента и др. ). Несущие слои воспринимают продольные нагрузки ( растяжение, сжатие, сдвиг ) в своей плоскости и поперечные изгибающие моменты. Заполнитель -конструктивный элемент трехслойной конструкции, который изготавливается го относительно малопрочных материалов с малой плотностью (из пробки, резины, древесины, бальзы, пластмассы, вспененного полимерного материала, а также из легкого металла в форме сот, перемычек, гофрировки или другой конструкции ). Заполнитель воспринимает поперечные силы при изгибе трехслойной конструкции и обеспечивает совместную работу и устойчивость несущих слоев. Способность заполнителя воспринимать нагрузку в плоскости несущих слоев зависит от конструкции заполнителя и его жесткостных характеристик.

В результате их выявлены следующие основные преимущества трехслойных конструкций:

1. Малая масса по сравнению с традиционными типами подкрепленных пластин и оболочек при определенных размерах конструкции и типах материалов.

2. Технико-экономическая эффективность по сравнению с традиционными конструкциями:

- меньшая трудоемкость изготовления;

- меньшая энергоемкость технологических процессов;

- меньшая потребность в производственных площадях;

- экономия на себестоимости производства и эксплуатации;

экономия на капитальных вложениях, обусловленных производством

и эксплуатацией данного вида продукции.

3. Хорошие звуко- и теплоизоляционные свойства, свето- и радиопрозрачность, вибропоглощаюшие характеристики.

4. Высокий коэффициент внутреннего поглощения энергии: декремент колебаний на один-два порядка выше, чем у подкрепленных конструкций.

5. Выносливость слоистых панелей превышает выносливость панелей стрингерных конструкций.

6. Большой срок службы за счет равномерного подкрепления несущих слоев, отсутствия заклепок, вызывающих концентрацию напряжений.

7. Применение трехслойных конструкций ( в том числе паяных и сварных ) позволяет ликвидировать операцию правки и устранить концентрацию напряжений.

8. Высокая технологичность, определяемая минимумом деталей, подаваемых на сборку, и возможность полной автоматизации процесса изготовления самих панелей.

9. Более гладкая поверхность. Высокие качества формы и аэродинамики поверхности.

10. Повышенная эксплуатационная надежность вследствие хороших усталостных характеристик и отсутствия концентраторов напряжений.

Однако трехслойные конструкции имеют и некоторые недостатки:

- снижение прочности в процессе эксплуатации клеевых соединений за счет старения клея;

- жесткие требования к технологическому процессу и его стабильность;

- необходимость применения совершенных методов и аппаратуры для неразрушакщего контроля соединений заполнителя с несущими слоями.

- отсутствие надежных методов нормирования допускаемых дефектов ТК, особенно типа расслоения.

Перспективность трехслойных конструкций, связанная в первую очередь с их высокой относительной жесткостью и прочностью, определяет необходимость развития методов их расчета, проектирования и технологии производства.

Задачей данной работы является получение теоретических зависимостей расчета НДС (напряженно - деформированного состояния) трехслойных конструкций с учетом работы клеевого слоя на основе вариационного принципа Лагранжа; и проведете экспериментальных исследований на основе метода фотоупругости, метод интерферометрии и метод внедрения тензодатчика в клеевой слой для подтверждения теории.

Существуют несколько подходов к построению методики расчета трехслойных конструкций. Некоторые авторы при построении методики расчета НДС трехслойных конструкций рассматривают пакет слоев (приведенные характеристики), используя простую математическую модель и получая при этом не совсем точные результаты при расчете напряжений и перемещений. В настоящей работе при построении методики расчета НДС трехслойных конструкций конструкция с учетом клеевого слоя была разделена на составные части (т.е. заполнитель, несущие слоя и клеевые слоя) и затем проанализировано каждой деформирование части посредством вариационного метода. Хотя при анализе частей ТК использовалась более сложная математическая модель и расчеты были сложными, точность расчетов оказалась значительно выше, чем при использовании теории приведения.

Много авторов фокусировали экспериментальное исследование просто на несущем слое ТК, так как исследование на несущем слое ТК проще, чем на клеевом слое.

В данной работе экспериментальные методики сосредоточивают внимание на напряжениях и деформациях прямо в Vклеевом слое ТК летательных аппаратов.

тт ПЛГТ4ПЛТИ- л ч* ;и ии

Д.Х* и\/1 ^лЯл яжл

Как известно, разрушение трехслойных конструкций часто возникает на стыке заполнитель - несущий слой (в случае соединения склеиванием) т.е. в клеевом слое. Это ставит вопрос об учете технологических и эксплуатационных влияний клеевого слоя в трехслойной конструкции.

Технологический процесс склеивания дает возможность благодаря когезии и адгезии соединять металлические и неметаллические материалы без использования большого количества тепловой энергии.

Несущая способность клеевых соединений в значительной степени зависит от прочности клеевого слоя и соединяемых элементов.

При увеличении толщины слоя клея пропорционально увеличивается момент изгиба, при этом прочность на растяжение и

сдвиг снижается. Максимальная прочность клеевого шва достигается при толщине клеевого слоя 0.1-0.2 мм.

Наибольшее распространение при склеивании получили многослойные конструкции с сотовым заполнителем.

Сечение сотовой ячейки: 1 - стенка сотового заполнителя; 2 -галтель; 3 - обшивка; И - высота поднятия клея; Кт - ширина основания галтели; 5ф - толщина фольги сотового заполнителя; й0§ш — толщина обшивки; /?г - радиус галтели; гп_ - толщина клеевой прослойки

А/* 4 с Тр- ■1

Рис. 11-1 клеевые галтели

В работе строится модель, позволяющая на основе анализа напряженно-деформированного состояния слоистой конструкции, состоящей из пяти слоев (двух несущих, двух клеевых и заполнителя), оценить влияние параметров клеевых слоев на прочность конструкции в целом.

1П. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КЛЕЕВОГО СЛОЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ И БАЛКИ ТК

1) Вывод системы уравнений равновесия оболочки ТК с учетом влияния клеевого слоя

A) Принятие гипотезы и допущения

ДОПУЩЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

При построении теоретической модели в данной работе использовались следующие допущения:

- Деформации всех пакета предполагались малыми;

- Несущие слои считались криволинейно ортогропными в плоскости срединной поверхности и рассматривались как тонкие, к которым применима гииотеза Кирхгофа-Лява;

- Предполагалось, что заполнитель сплошной, однородный, упругий и в общем случае он участвует работе конструкции при деформации в любом направлении, т.е. являются упругим трехмерным телом;

- Клеевые слои принимались изотропными, сплошными, однородными и упругими.

- Несущие слои тонкие, но прочные, удовлетворяющие неравенству Е1>СЬ,

где Е- модуль упругости несущих слоев ;

I - толщина несущих слоев ;

в - модуль сдвига заполнителя;

II - толщина заполнителя.

B) Структура элемента трехслойной конструкции

Для построения математической модели напряженно-деформированного состояния ТК, трехслойная конструкция была разделена на пять составных частей, т.е. заполнитель, два несущие слоя и два клеевые слоя, как показана на рис.Ш-1.

(5)

Клеевой слой

тт

44-

Заполнитель

(4)

Рис.Ш-1 структура трехслойной конструкции

Для вывода общей системы уравнений равновесия использован вариационный принцип Гамильтона-Остроградского, из которого вытекают условия минимума функционала потенциальной энергии, причем в последнем напряжения и деформации предварительно выражены через перемещения.

С) Нахождение закона распределения перемещения и напряжения в элементах заполнителя я клеевых слоев

Предполагается, что тангенциальные перемещения заполнителя и клеевых слоев по толщине при

деформировании ТК изменяются линейно. Перемещения могут выражаться как следующие выражения:

Для заполнители (слоя (3)):

м3 = а{(х,у) + Ь1(х, у)г

VI = а7(х,у) + Ь7(х, у)г (Ш-1)

И'з = а2(х, у) + Ь2(х, у) г

Для нижнего клеевого слоя (слоя (4)):

г/4 = а3(х,у) + Ъ3(х, у)г

= а8(х> У) + у)г (Ш-2)

ч>4 = а^(х, у) + ЬА (х, у)г

Для верхнего клеевого слоя (слоя (5)):

и5 = а5(х,у) + Ь5(х,у)г

= а9(х,у) + Ь9(х, у)г (Ш-з)

= аб (х,у) + Ь6(х,у)г ,

где и;, V;, w¡ - перемещения 1-ого слоя вдоль координат, ¿=3,4,5 а^х,у), Ь; (х,у) - функция координат х и у, 1=1-9 х, у, г - прямоугольные декартовы координаты.

УРАВНЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ТК

а1

/ г 1 » д ч_, . 03

аи-4)

, г Э3 . З3 , 3 . , . й3 . Э* _ и ^

а<*з/г 2

Эа'"2 2'

(Ш-5)

'За2

'ер1

'да2 "

э3

э5

(Ш-б)

' ЭЛГ ■/и з«'э/»а/Л+ Ыз° ¿3 +Уз8 Эв'а/»

+у,.

(Ш-7)

,, & , & , а,„ , , о3 , а3 . а.,, , . г3 . а3 . а.

а3

е'

д ,

а'

а4

а'

8 а

д1

а/?3 » даггр э' а/Г 2 ^ 40 а?" 41 а/?4 42 аа2г/?2 43

(Ш-8)

а3

.. ^ , а- , а. ., 8 , о . а, .. а , а . а.,, а'

г „ а4, а< г а4 . а2 _ а' , .

дагд/32

а4 , „ С£Г а/7 да др

'да1

'а/?2

(Ш-9)

Система уравнений равновесия балки ТК с учетом влияния клеевого слоя

Уравнения равновесия трехслойной балки с учетом клеевых слоев получаются из уравнений равновесия цилиндрической оболочки при Из, 1*4 Д5 = <ю.

Уравнения равновесия балки ТК

д2щ дгиг Э3!^ дн\ , дэм>2 дн>2 __ у

С/Л СлЛ- (Ул С/Л (лл. (/л

(Ш-10)

. с^и, , , с^щ , , (З3™ , дн\ , с^ж , сщ ^

(Ш-11)

, дъщ , щ , а3м2 ш2 , , Э2^ ,

5 а?"""'6аГ^1"^-'п аГ+'15 16+

сс^ ил ил слл ил

, д4И'г б2^, , _ —

ЙС ЙГ

(Ш-12)

,з.. а.. а2.

-> Ки д.3 а 18 Д. 4 19 а. 2 +,С20И;1 +

& йс йс ох ох дх

1ь? 221^2зН'2

(Ш-13)

Аналитическое решение

(=1

¿/и, 4а

Й&С

12 1=1

Л/ 12

ОХ ,=1 12

= Х^е^ (1И-14)

¡=1

ах ,=1

ах

ах /=1

¡А

ах ¡и ах ,=1 ах

ВЫРАЖЕНИЯ УСИЛИЙ И МОМЕНТОВ (ОСЕ-СИММЕТРИЧНОЕ НАГРУЖЕНИЕ)

для цилиндрических оболочек:

N ■ 2Е^ . Рь*Е«нШ2 , ,РшЕ°Л д'

"а! ~ I „„ ~7 ТгГ"' <-ч г> е.. ^

2Я3 (! - оио21')К, да 2Я} да Л, да'

2Д3 в< 37 9 80 3 (1 -1)пи21Щ 1 <-------__-+

ап-15)

.V , Р^ЕУи\ , {Р^Е" к , ч ди2 , а2 ,

02 2Я3 5а 2 Л, (1-Ц2гЛз <5« Л3 5а2

2Я3 38 3 3 (1-и,2и2г)й3 2

РМ^Р^+РеЛЛ,

да2 2/?3 37 3 80 - 1

СШ-16)

ги\ £и0 2с, £ а:

К/ Г Г _~ с I _¿1 г ? . _■ __I.

НРгаЛ, +Р^Е?-Угг -С?Ж.ЛД2+

^(^^Ц») , . а2 (Р^ + РУМ,, + Г V

+ 2---—-Лгт+-;-V»+•/»)-

(1-ицо2,)/гз I ЭаГ 2

(III-17)

ди^ 2

1 7 а

3 да да да

++ тг^ттг-^++ аЛ - ад А2 -

, , с:!г,2(Еп и.,, +Е,.оп)

+2 2Г\К " * 12

(III-18)

n Лег А, Л <f (Pla^a, + РдоДд У,3 ^ , „ „ . „

a' 4—-щ--~G«>J*°R> +

, ttfjß^i + ,, PwEaJx 5г (P2aß о, + PlßjEfiWtt H---Ti---—H---h

(l-Mnyai)Ä3 1 Л, Sa2 2R}

2/7,„,£_J, 2£„c, я3 2 J?3 (l-uuu21)Ä33 да

+ [----Ga/6R3 -GœJnRi ~ ¡2Z; S2 3 +

^гЛ^^+^пХ a ,1V +;Vla,3£a/4 а3 .(^Л+АА) (l-u-nu21)Ä33 öo 1 R3 da3 2Ä3

(У22 +J23)-GaJ7R3 -GmiJMR3-G^JuR3}j~)W2

.Plaßajl В2 л '\Plaßa, 4 PtßjEß, V«

(111-19)

rP^ßa,J2 d2 | {p2a,}Eg, +РтЕл У>з R3 da2 2Д3

+ 1-^--^-+ (v/3S«3 +Oœ/79«3 +

. t2rÄEa»22 + Eßv:2)^. , 1ЕаСг , с'3

-i--=--Til-=--h-=-г)-- +

(l-üJ2u,2)tf3 2 Ä3 (1-и,,оа)/Г33 За3

+ 1-J{--G*,JllR3 - - S3«3 +

Я 2PlaJE jt г3 , APlaßa, + Pl^Efh'> + ¿-~-—J-j—-f-(---r-T + l------------

(\-и,2и12)Я^ да 2 R3 да3 2Д

да'" 1

(Ja + J23) - G.J7R3 - GmJ„R3 - GmJtxR^)W.

(III-20)

для балки:

р,а,£аИ 2Е1, Ш\ р,„ ЪЕ И о д2

01 4 2 (1-У„и21) йс 2 йс ^ 1 3доГ

(Ш-21)

дг ^У^.АЛ", ЕгКд\

--Г~1Г+(—Т~{Р1аЛ"21

(Ш-22)

дил тЧ 2с Е &

(Ш-23)

аг< ди 2

-е^я/-<? лл2)^ +((2л„,АЛ*з2 +: 2СгЕа~ х Э

(111-24)

, 2£„ с, л3 + + + {(2pIa3EirJ3R32 + 1 )fL +

2 (l-uny21) &J

(111-25)

2 О-ЦгИи) а*"

(Ш-26)

2) Влияния параметров слоев ТК иа характеристики НДС балкп

Геометрические и упругие параметры заполнители и клеевого слоев изменяются, чтобы получить оценку их влияния на характеристики НДС балки. А) Влияние изменения параметров заполнителя па прочность:

(1)толщины заполнители:

Толщины заполшггели принимаются равными Ь=2.54, 3.83 и 5.08 см. Такие значения толщины заполнителя находятся в диапазоне наиболее часто используемых величин толщи в авиационных ТК. Полученные расчетные результаты показаны на следующих рисунках:

Sigma[z,5], kg/cmA2

4 ^-To-r^1

Гис.Щ-2 нормальное напряжение верхнего клеевого слоя вдоль по оси % при Ь=2.54 см

Sigma[z,5], kg/cm'4!

Sigma[z,5], kg/cm*2

X8 10 12

Рис. Ш-3 нормальное напряжение верхнего клеевого слоя вдоль по оси г при Ь=3.83 см

Рис.ГО-4 нормальное напряжение верхнего клеевого слоя вдоль по оси ъ при Ь-5.08 см

Рис.Ш-5 касательное напряжение заполнители при Ь=2.54 см

Рис.Ш-6 касательное напряжение заполнители при (1=3.83 си

Рис.Ш-7 касательное напряжение заполнители при Ь=5.08 см

Рис.Ш-8 касательное напряжение нижнего клеевого слоя при Ь=2.54 см

к'

И 1214 -им

х8 10 12ьГ

Рис.Ш-9 касательное напряжение нижнего клеевого слоя при Ь=3.83 см

Рис.Ш-10 касательное

напряжение нижнего клеевого слоя при 11=5.08 см

(2)длины стороны сотовой ячейки заполнители:

Длины стороны сотовой ячейки заполнители а<;=0.1, 0.15, 0.2 и 0.4 см, которые используются при расчете ТК, влияют, так как показано на следующих рисунках:

Рис.Ш-11 касательное напряжение Рис.Ш-12 касательное напряжение заполнители при 3^=0.1 си заполнители при а,. =0.2 см

Sigma|x?,3), fcg'em"2

Sigmafxz^], kg/cm°2

X? 10 12

Рис.Ш-13 касательное напряжение заполнители приас=0.4см

РисЛП-14 касательное напряжение заполнители при ас=0.6 см

Sigma[xz,4], kg/cmA2

X» 10 1J 14 _1 JP4

2? ТоТП^и

Рис.Ш-15 касательное

напряжение нижнего клеевого слоя при ас=0.1 см

Рис.Ш-16 касательное

напряжение нижнего клеевого слоя при ас=0.2 см

х» >о 12 ¡Г-134

Рис.Ш-17 касательное

напряжение нижнего клеевого слоя при ас=0.4 см

Рис.Ш-18 касательное

напряжение нижнего клсеьоги слоя при ас=0.6 см

(3) изменение толщины клеевого слоя:

Толщины клеевого слоя 5=0.005.. 0.01, 0.015, 0.02, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09, и 0.15 см, которые используются при расчете ТК, влияют, так как показано на следующих рисунках:

во ■

Ю-

о1 001 от о.оз от о.оз

Рис.Ш-19 максимальное касательное напряжение заполнителя при измерении толщнны клеевого слоя

51£ГПа[хГ,3 ,111111,(1], к^сш^

0 01 0 02 0.03-- 0 04 О.Ов С 09 0 07

Рис.Ш-20 минимальное касательное напряжение заполнителя при измерении толщипы клеевого слоя

до •

0Д1 0.02 ОЛЗ 0.03 0.03 009 о.ОТ

Рис.Ш-21 максимальное касагельпое напряжение иижнего клеевого слоя при измерении толщины клеевого слоя

£%та[х2,4,тш, с1], к^стГЗ

0.01 0.02 *0.03 0.04 0 06

Л««

■во

-80-

-100

Рис.Ш-22 минимальное касательное напряжение нижнего клеевою слоя при измерении толщины клеевого слоя

3) Приведение толщины клеевого слоя ТК

При расчете напряженно - деформированного состояния клеевого слоя, клей рассматривается как один постоянной слой толщины. Приняты допущения, позволяющие приближенно определить толщину клеевого слоя.

A) Клеевая галтель принимается изотропной.

B) Максимальное нормальное напряжение клеевой галгели находится на стыке стенки заполнителя и несущего слоя.

C) Геометрическая конфигурация клеевой галтели является треугольным элементом.

РАБОТА СДВИГОВЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПЕРЕДЕЛАХ ОБЪЕМА КЛЕЯ (а) Работа клея в направление xoz:

rr а' 2 н

r„v= 4-2- f Г Г [(l--£_).

2(1 +v) ¿ J ¿ H

.(l_ÍZ.).l ]dzdydx + kr

bu. °c 2 И

+ 8 f f Г [(1 _ .

2(1 +v) ¡ } l H

• (1---1] dzdydx X sin 30 °

<j „„ а „к ,H

= 4

(1 + к) 8

(1П-27)

где ГХ2 — касательное напряжение в направление хог;

сГкп — нормальное напряжение клеевой

галтели; V - объем клеевой галтели; Ос — длина стороны клеимой сотовой ячейки; Кг — ширина клеевой галтели; Н — высота клеевой галтели.

(Ь) Работа клея в направление уог:

2 Я

V = 8—^- Г Г Г [(1 ——) •

2(1 + у) I * } Н

• (1--—) -1] йгйусЬс х соэ 30

кг

= 0.866 к 4 а» а'к'Н

(1 + У) 8

(Ш-28)

СУММАРНАЯ РАБОТА В РЕАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ КПЕЯ:

Озкй V )рест . = у12(гя2 + т„2)-Г

= 7.483

(1 + 1/) 8

(Ш-29)

СУММАРНАЯ РАБОТА В ПРИВЕДЕНОЙ КОНСТРУКЦИИ КЛЕЯ: = + Ту22) -Засх2ас 0055 30° Х^

И/)!/« .

= 5.196 —^—а 2 х Л

(1 + у) с "рм■

(Ш-30)

РАБОТЫ В РЕАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ И ПРИВЕДЕИОЙ КОНСТРУКЦИИ КЛЕЯ ДОЛЖНЫ БЫТЬ РАВНЫ:

=>■■ = 0.18

(Ш-31)

IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КЛЕЕВОГО СЛОЯ ТК А) МЕТОД ФОТОУПРУГОСТИ

(1) Измерение напряжений фотоупругим методом

Порядки полос N наблюдаются на покрытии фотоупругости пропорциональны разности главных напряжений покрытия. Это простое линейное соотношение выражается как следующая формула:

где ах-> &у— главные напряжения на поверности опытного образца;

Е— модуль упругости опытного образца;

V — коэффициент Пуассона опытного образца; .У—порядок полосы; X

) - —— ( цена полосы покрытия );

(IV-!)

Я—длина световой волны (575 пм для белого освещения);

к—толщина покрытия;

С—экспериментально определяемый

оптико-механический коэффициент покрытия.

Напряжения образца при определенной нагрузке можно измеряться посредством наблюдения порядков полос на покрытии.

(2) Результат испытания фотоупругости

Полученные результаты экспериментального исследования клеевого слоя балки ТК представлены на рис.1У-1 и рис.ГУ-2.

Рис.1У-1 разрушение балки ТК при нагрузке 1390.2 N при трехточечном изгибе

РисЛУ-2 полосы покрытия балки ТК при нагрузке 1718.2 N при четырехточечном изгибе

В) МЕТОД ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ СПЕКЛ - СДВИГА I. если плоскость нллюминацнп и наблюдателя находится в (х, г) плоскости, и используются два различных угла (ц/15 ц/2), то

ди дх

2дх

+ С05 в2) - яг{\ + С05 0,)

ЯШ <9, (1 + СОБ дг) - БШ 92 (1 + СОЭ в1)

(1У-2)

ди ¥

15у

(1 + сое А2)-АГ2(1 + соэ

БШ 0, (1 + сов в2 ) - 51П в 2 (1 + СОЭ в1)

(1У-3)

П. если плоскость иллюминации н наблюдателя находится в (у, г) плоскости, и используются два различных угла (\|л, ц/г), то

ду_ дх

2 дх

Ж,(1+ соэ вг)- N^(1+ сое в{) вш 0,(1 + соэ в2~) - эш б*,(1 + соэ

(1У-4)

Эу ду

2 5у

АГ, (1 + соэ вг) - Ыг (1 + со8 9,) вт в] (1 + соэ в2) - бш 9г (1 + соя 9Х)

(1У-5)

С) ВНЕДРЕНИЯ ТЕНЗОДАТЧИКА В КЛЕЕВОЙ СЛОЙ ТК

Как было показано выше, метод фотоупругости только может определять разность главных напряжений заполнителя ; метод интерферометрии спекл-сдвига определяет перемещения заполнителя и несущих слоев в аэрокосмических трехслойных конструкциях. Но напряжения и перемещения клеевого слоя в аэрокосмических ТК не удалось получить, из-за того, что толщина клеевого слоя значительно меньше толщины всей трехслойной конструкции (1:200 - 1:800) в летательных аппаратах (ЛА). Из всего этого видно, что прямое измерение напряжения или перемещения клеевого слоя выполненной ТК в ЛА посредством оптических методов очень затруднительно. Поэтому предложен метод внедрения тензодотчика в клеевой

слой ТК. Эти теюодатчики закладываются в клеевой слой ТК в процессе изготовления трехслойной конструкции.

Изготовление образца балки ТК

(1) Полностью удалить все загрязнения на поверхностях

измерения, несущих слоях и заполнителе, растворителем (металлоочистигелем) или зачищать указанные поверхности образивной бумагой с последующим обезжириванием их ацетоном.

(2) Укрепить фольговые теюодатчики (KFH-5-C1-11 или WK-00-125RA-350) с резистивно температуро-устойчивой (до 350 °С) проволкой к несущим слоям со стороны заполнителя.

(а) Использовать клей M-Bond 610 для крепления указанных датчиков на внутренней стороне несущих слоев.

(б) Крепить проволку к несущему слою, одновременно изолируя ее от последнего, путем накладки высокотемпературной изолирующей ленты под и на проволку.

(с) Отвердить клеевое кренление тензодатчиков в электропечи при температуре 175 °С.

(3) Соединять несущие слоя с заполнителем.

(а) Обезжирить поверхности заполнителя и несущих слоев ацетоном.

(б) Нанести пленку клея FM 73 на обоих сторонах заполнителя и последовательно соединять слои по указанной выше схеме.

(4) Отвердить склейку всей балки ТК в автоклаве.

(а) Нагревать балку в течение 60 мин. до температуры 120 °С, одновременно нагнетая давление до 40 + 5 psi.

(б)Выдерживатъ балку 60 мин. при указанных параметрах.

(5) Крепить теюодатчики БЬА-5-11 на наружной поверхности несущего слоя балки ТК.

Результат испытания

Результаты испытания методом внедрения тензодотчика в клеевой слой ТК при х=10см показаны на рис.1У-3 и рис.1У-4.

3-point bending

400

300

200

Ч-

0 100

$100 I-</>

-200

nppei adhealr* layer nppar face itiwesi su£beiive layei le>W»* ilC«

-300

-400 :---4-^—-i г - -—~ —;—i-

200 400 600 800

LOAD, kg

Рис.1У-3 изгиб трех точки нагрузки при х=10см <) : нижний клеевой слой

~ : верхиий клеевой слой

_V_ : нижний несущий слой

_____: верхиий несущий слой

ось х: нагрузка, кг; ось у: деформация х 106

4-point bending

400 300 200

0 100

§100 I-

<я

-200

-300 -400

! ~

.К" *"'

у'

~Лг т ДО** мим« 1»* 1ау«* --

ГЧГ" - lev* с «42м «1V4 face

; ; -

: Т _ ________

-, . L . . , , .

400 600

LOAD, kg

800

Рис.1\М изгиб четырех точки нагрузки при х=10см 0 : нижний клеевой слой

_____с : верхний клеевой слой

_V_ : нижний несущий слой

___ : верхний несущий слон

ось х: нагрузка, кг ось у: деформация х 106

Б) АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Сравнение результатов теоретического исследования клеевого слоя вдоль оси х при х=10см с данными экспериментального исследования, показано на рис. IV-5 и рис. ГУ-б.

upper adhesive

1_ОАО, кд

Рис.1У-5 Сравнение деформации верхнего клеевого слоя теоретического исследования с экспериментальным исследованием

_□_ : теоретический результат

" : экспериментальный результат ось х: нагрузка, кг ось у: деформация х ДО6

lower adhesive

1.0АО, кд

Phc.IV-б Сравнение деформации нижнего клеевого слоя теоретического исследования с экспериментальным исследованием

_□_ : теоретический результат

_____ : экспериментальный результат

V. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХСЛОЙНОЙ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

1) Технологический процесс склеивания

Клеи в исходном состоянии могут быть жидкими, пастообразными, плёночными, порошкообразными и твёрдыми (в виде прутков и палочек).

Прочность клеевого соединения зависит от состава клея и склеиваемого материала, конструктивных факторов и технологи! выполнения соединения.

Укрупнённый технологический процесс склеивания включает следующие операции: предварительная сборка и разборка узла (панели); подготовка поверхности деталей под склеивание; нанесение подслоя клея (грунтовки) и его

термообработка (в случае необходимости); нанесение клея; открытая выдержка; сборка; отвердение клея; контроль качества склеивания.

Отвердение клея происходит при определённом температурном режиме и давлении.

Время нагрева, давление, температуру выдержки выбирают исходя из характеристики клея, его вязкости, точности пригонки склеиваемых поверхностей и жёсткости склеиваемых деталей. Нагрев осуществляется в автоклавах, электрических печах, а также встроенными в приспособление контактными и спиральными электронагревателями, либо подводом пара и воздуха. Наибольшее распространение в настоящее время находят автоклавы, обеспечивающие равномерное распределение давления.

2) Общий подход изготовления конструкции с сотовым заиолнителем

Технологический процесс сборки панели с сотовым заполнителем состоит из следующих основных операций:

изготовление сотового заполнителя и придание ему требуемых форм и размеров;

подготовка обшивки, деталей каркаса и сот к склеиванию, нанесение клея, сборка и склеивание панели; контроль качества склеивания.

A) Изготовление ТК с сотовым заполнителем

Металлические соты изготавливаются из фольги алюминиевых сплавов толщиной 0,03...0,15 мм. Толщина фольги, форма и размер ячейки определяются из условия обеспечения необходимой прочности и жесткости конструкции. В российской авиапромышленности приняты сотовые заполнители шестигранной формы с размером сторон шестигранника 2,5; 4; 5 и 6 мм.

Существует два метода изготовления металлических сот: последовательным наращиванием предварительно профилированных лент и растяжешкм.

B) Изготовление песущсго слоя ТК

Технологический процесс изготовления несущего слоя (обшивок) и обечаек включает операции раскроя заготовки и её деформирования.

Подготовка поверхности панели иод нанесение защитного покрытия и химическое фрезерование заключается в очистке ее от любых загрязнений.

С) Сборка и склеивание ТК

Заключительной подготовительной операцией является нанесение клея на контактные поверхности обшивок и сот, их подсушка или подготовка и нанесение клеевой пленки.

Сборка и склеивание осуществляется в специальных приспособлениях. Базирование при этом может осуществляться по внешней поверхности сотового заполнителя (рисл'-2). Последний метод базирования применяют в том случае, когда заполнитель имеет ячейки небольших размеров и обладает достаточной жёсткостью. Приспособление с собранным в нём изделием помещают в печь или автоклав, в которых происходит отвердение клея.

3) Рекомендация на технологии производства ТК

A) Максимальная прочность клеевого шва достигается при толщине клеевого слоя 0.1-0.2 мм.

B) Из-за того, что максимальное напряжение часто возникает на краю площади соединения; при изготовлении ТК, пленочный клей нужно разрезаться по большей площади, чем площадь соединения, и жидкий клей должен наполнять всю площадь соединения.

C) В сочетании с композиционным материалом углерода (КМУ) желательно применяться титановые сплавы, которые не вступают в химические реакции с эпоксидными клеями и не приводит к коррозии.

В) Заклепочный крепеж в местах соединения несущих слоев го композиционного материала (КМ) с металлическими элементами конструкции или с КМ заменяется клеемеханическим соединением с применением болтов-заклепок шш болтов.

Е) Применяется креиеж с плосковыпуклой головкой без зенковки КМУ.

Б) Вводится тарированная затяжка гаек во избежание раздавливания клеевой пленки и сот. Под гайку должна ставится титановая шайба, отверстие которой обрабатывается по третьему классу (в результате асж повышается в два раза).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы, на основе принятых гипотез деформирования трехслойных пакетов, были получены система уравнений и граничные условия, описывающие напряженно-деформированное состояние трехслойной

цилиндрической оболочки как трехмерного ортотропного тела под действием произвольной нагрузки. Данный подход к решению задач такого типа дает возможность анализировать распределение напряжений и перемещений раздельно как в заполнителе, несущих слоях, так и в клеевых слоях ТК в любой точке пространственной системы координат. Следовательно, можно определить наиболее уязвимые участки конструкции в целом, особенно в клеевых слоях.

Вид решения свидетельствует, что выражение для искомых функций (ии и2; щ) содержит несколько быстро затухающих составляющих. Это составляющие описывают эффекты, связанные с интенсивным сдвигом в ТК, сжатием заполнителя, которые в значительной мере определяют напряженно- деформированное состояние трехслойного пакета в зонах, имеющих большой показатель изменяемости. Подобное решение для трехслойной цилиндрической оболочки получено впервые.

Данные трехслойной балки при нагрузке позволяют определить особенности поведения заполнителя и клеевого слоя ТК:

1) Максимальная касательная деформация (е^з) заполнителя находится на краях стыков с клеевыми слоями.

2) Максимальная касательная деформация (ехг,4, е*^) клеевых слоев находится на краях стыков с заполнителем.

3) Максимальные нормальные напряжения вдоль по оси г (Ог,4, клеевых слоев находятся в пункте нагружения.

4) Максимальное касательное напряжение (а^з) заполнителя находится на краю стыка с клеевыми слоями.

5) Максимальное касательное напряжение клеевых слоев находится на краю стыка с заполнителем.

Влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность ТК является каким, что минимальная абсолютная величена касательного напряжения и заполнителя и клеевых слоев находится в зоне 0.0010.002см при изменении толщины клея, что совпадает с рекомендациями ряда авторов. Поэтому для повышения прочности клеевого слоя следует уменьшать его толщину.

Произведены экспериментальные исследования ТК по трем различным методикам. Метод фотоупругости определяет' разность главного напряжения лишь в заполнителе и несущем слое. Метод спекл-сдвига показывает явление осциллирующего процесса в заполнителе и несущем слое ТК при статической нагрузке. Но метод внедрения тепзодатчка в клеевой слой ТК позволяет непосредственно получать деформации клеевых слоев ТК при нагрузке.

Построена методика определения толщины клеевого слоя на основе эксперимента

Даны некоторые рекомендации по уточнешоо процесса изготовления трехслойной конструкции.

Основные результаты работы опубликованы в следующих

печатных трудах:

1. Нахождение закона распределения напряжений и перемещений по толщине заполнителя при напряженно - деформированном состоянии ТК Second International Aerospace Congress August 31 - September 5,1997, Moscow, Russia

2. Учет технологических и эксплуатационных дефектов клеевого слоя в трехслойных конструкциях при расчет их на прочность XXIV Гагаринские чтения всероссийская молодежная научная конференция 7-11 Апреля 1998

3. Математическая модель клеевого слоя трехслойной конструкции (Mathematical model of adhesive laminae in sandwich structure), Fifth international conference on composites engineering, July 5-11, 1998, Las Vegas, USA

4. Экспериментальное исследование клеевого слоя в трехслойной конструкции летательных аппаратов (Experimental investigation of adhesive layer in sandwich structure of flying vehicle) XXV Гагаринские чтения всероссийская молодежная научная конференция, 7-11 Апреля 1999

5. Влияние соединительного клеевого слоя в трехслойной конструкции на её прочность, Научно-технической конференции молодых специалистов ГКНЛЦ или М.В. Хрупичева, 24-26 Мая 1999

6. Исследование напряженно-деформированного состояния клеевого слоя трехслойной конструкции летательных аппаратов (Stressstrain investigation of adhesive layer in sandwich structure of flying vehicle),^* International conference on composites materials, 5-9 July 1999, Paris, France

ЛИТЕРАТУРА

1. Абибов А.Л., Технология самолетостроения. М.: Машиностроение, 1982, 551 с.

2. Александров А.Я., Куршин J1.M. Трехслойные пластинки и оболочки. - В кн.: Прочность, устойчивость, колебания. М.: Машиностроение, 1968, т.2, с.243-326.

3. Васидзу К., Вариационные методы в теории упругости и пластичности., М: Мир, 1987.

4. Григолюк Э.И., Чулков П.П. Нелинейные уравнение пологих многослойных оболочек регулярного строения. Механика твердого тела. 1967,No.l,c.l63-169.

5. Ендогур А.И., ВайнбергМ.В., Иерусалимский К.М. Сотовые конструкции. М.: Машиностроение, 1986,200 с.

6. Кан С.Н., Строительная механика оболочки. М.: Машиностроение, 1966, 50Е с.

7. Кваша А.Н., Технология производства летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981, 232 с.

8. Кобелев В.Н., Коварский Л .М., Тимофеев С.И. Расчет трехслойных конструкций. М.: Машиностроение, 1984,304 с.

9. Крысин В.Н., Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкции. М.: Машиностроение, 1989, 240 с.

10. Куршин Л.М. Уравнение трехслойных цилиндрических оболочек. Изв. АН СССР, ОТН, 1958, No. 3, с. 15-20.

11. Кун П. Расчет на прочность оболочек в самолетостроении: пер. с англ. М.: Оборонгиз, 1961,306 с.

12. Краснобаев И.А. Расчет круговой трехслойной цилиндрической оболочки с большим прямоугольным вырезом. "Известия вузов", Архитектура. Новосибирск, 1973, No 2, с. 11-16.

13. Панин В.Ф. Гладков Ю.А. Конструкции с заполнителем. М. Машиностроение, 1996,272 с.

14. Прохоров Б.Ф., Кобелев В Н. Трехслойные конструкции в судостроении. Л., "Судостроение", 1972, 334 с.

15. Шунгский Б.Е. Строительные конструкции с сотовыми заполнителями. М., Стройиздат, 1977,112 с.

16. Allen, Н. G., Analysis and Design of Structural Sandwich Panels. Pergamon Press, Oxford, 1969.

17. Frostig Y., Behavior of delaminated sandwich beam with transversely flexible core - high order theory. Composite Structures, Vol. 20,1992, pp. 1-16.

18. Frostig Y., Daruch M., Bending of sandwich beams with transversely flexible core. AIAA, Vol.28, No.3,1990.

19. Lee L.J., Bending and vibration analysis of composite sandwich plates. Computer & Structure Vol.60. No. 1. pp. 103-112

20. Monforton G.R., Analysis of sandwich plates with unbalanced cross-ply faces. Int. J. Mech. Sci. Vol. 17, 1975, pp.227-238.

21. Plantema, F. J., Sandwich Construction: The Bending and Buckling of Sandwich Beam, Plates and Shells. John Wiley and Sons Inc., N.Y. 1966.

22. Reisner E. Finite deflections of sandwich. Plates. JAS, 1950, N2. Р.423-Ш.

23. Shenhar Y., Frostig Y. & Altus E., Stresses and failure patterns in the bending of sandwich beams with transversely flexible cores and laminated composite skins, Composite Structure, Vol.35,1996, pp. 143-152.

24. Thomsen, 0. T., Analysis of local bending effects in sandwich plates with orihotropic face layers subjected to localised loads. Composite Structure, Vol.25, 1993, pp. 511-520.

25. Thomsen, 0. X, Theoretical and Experimental Investigation of Local Bending Effects in Sandwich Plates. Composite Structure, Vol.30,1995, pp. 85-101.

26. Thomsen, O. T., Ply Drop-off Effects in CFRP/Honeycomb Sandwich Panels-Experimental Results. Composites Science and Technology, Vol.56, 1996, pp. 423-437.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Хуанг Сонг-Дженг

ВВЕДЕНИЕ.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

III. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

КЛЕЕВОГО СЛОЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ И

БАЛКИ ТК.

1) Вывод системы уравнений равновесия оболочки ТК с учетом влияния клеевого слоя.

2) Дедукция системы уравнений равновесия балки ТК с учетом влияния клеевого слоя.

3) Пример расчета напряженно-деформированного состояния клеевого слоя балки ТК, воспринимающего нагрузку трех точек.

4) Влияния параметров слоев ТК на прочности.

5) Приведение толщины клеевого слоя ТК.

6) Анализ расчетных результатов

IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

КЛЕЕВОГО СЛОЯ ТК.

1) Элементы планирования эксперимента

2) Экспериментальные методики.

A) МЕТОД ФОТОУПРУГОСТИ.

B) МЕТОД ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ СПЕКЛ- СДВИГА

C) МЕТОД ВНЕДРЕНИЯ ТЕНЗОДАТЧИКА В КЛЕЕВОЙ СЛОЙ ТК

D) ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРЕНИЯ КЛЕЕВЫХ ШВОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ КОНСТРУКЦИИ

Е) АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

V. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХСЛОЙНОЙ

КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.

1) Технологический процесс склеивания.

2) Общий подход изготовления конструкции с сотовым заполнителем

3) Изготовления трёхслойных конструкций с обшивками из углепластика (УГП) и алюминиевым сотовым заполнителем (АЛСЗ)

4) Рекомендация на технологии производства ТК .Л

Введение диссертация по механике, на тему "Влияние соединительного клеевого слоя в трехслойных конструкциях при расчете их на прочность"

Актуальность темы.

Этого недостатка лишены трехслойные пластины и оболочки. Трехслойная пластина, или оболочка, состоит из двух относительно тонких внешних слоев (называемых несущими) из высокопрочных материалов, связанных слоем заполнителя, толщина которого значительно больше толщины несущих слоев. Прочностные характеристики и плотность заполнителя, как правило, значительно ниже, чем у несущих слоев.

При использовании соответствующих материалов несущих слоев трехслойные пластины и оболочки могут обладать хорошими вибропоглощающими характеристиками, иметь необходимые звуко- и теплоизоляционные свойства, требуемую свето- и радиопрозрачность.

Цель работы.

Создание эффективных методов анализа напряженно-деформированного состояния в клеевых слоях (КС) трехслойных цилиндрических конструкций, выполненных из различных материалов, исследование закономерностей их сопротивления в основных случаях статистического нагружения и сравнение результатов расчета с существующими методиками. Проведение различных экспериментальных методов исследования напряженно-деформированного состояния КС ТК, а также оценка влияния различных марок клея для ТК на технологию производства ТК летательных аппаратов (ЛА).

Методика исследования.

Решения, получаемые таким методом, не всегда просты, а в сложных задачах расчёта трехслойных оболочек, пластин и балок энергетический прием не только очень удобен, но иногда просто - незаменим для получения расчетных зависимостей.

Экспериментальные методики включают в себя метод фотоупругости, исследование интерферометром спекл-сдвига (зреИе-зИеаг), внедрение тензодатчика в клеевой слой ТК и снятие характеристик клеевых швов при изготовлении конструкций.

Научная новизна работы.

На основе использования теоремы о минимуме потенциальной энергии и вариационных принципов, построена система дифференциальных уравнений в частных производных для определения напряженно-деформированного состояния несущих слоев, заполнителя и клеевых слоев трехслойной цилиндрической оболочки под действием нагрузок. Используя пакет прикладных программ математического моделирования «Мар1еУ» реализован алгоритм расчёта напряженно-деформированного состояния элементов трехслойных цилиндрических оболочек и трехслойных балок.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Повышение эффективности современной техники неразрывно связано с поиском и реализацией новых конструктивно-технологических решений. Одним из важных направлений в этом поиске в конструкциях оболочечного типа (корпуса ракет, кораблей, вагонов; фюзеляжей и крыльев самолетов и вертолетов; кузова автомобилей и др.) является создание и все более широкое применение трехслойных конструкций (ТК).

Трехслойная конструкция представляет собой составную конструкцию, состоящую из двух несущих слоев, заполнителя, расположенного между несущими слоями, и элементов каркаса (окантовок, законцовок, накладок, книц и др.). Заполнитель соединяется слоями путем склейки, сварки или пайки. Внешние, так называемые несущие слои изготавливаются из прочных материалов ( стали, сплавов легких металлов, дерева, армированной волокном пластмассы, бетона или асбестоцемента и др. ). Несущие слои воспринимают продольные нагрузки ( растяжение, сжатие, сдвиг ) в своей плоскости и поперечные изгибающие моменты. Заполнитель -конструктивный элемент трехслойной конструкции, который изготавливается из относительно малопрочных материалов с малой плотностью ( из пробки, резины, древесины, бальзы, пластмассы, вспененного полимерного материала, а также из легкого металла в форме сот, перемычек, гофрировки или другой конструкции ). Заполнитель воспринимает поперечные силы при изгибе трехслойной конструкции и обеспечивает совместную работу и устойчивость несущих слоев. Способность заполнителя воспринимать нагрузку в плоскости несущих слоев зависит от конструкции заполнителя и его жесткостных характеристик.

Трехслойные конструкции можно классифицировать по ряду характерных признаков и свойств. По типу конструкции: панели, балки, стенки, оболочки; по форме в плане: прямоугольные, трапециевидные, круглые; по материалу несущих слоев и заполнителя: металлические, неметаллические, в том числе и композиционные, комбинированные; по технологии соединения несущих слоев с заполнителем: клееные, паяные, сварные; по толщине: постоянные, переменные; по структуре поперечного сечения: симметричные, несимметричные. Если несущие слои имеют одинаковую толщину и изготовлены из одинаковых материалов, то конструкцию считают симметричной. У несимметричных конструкций несущие слои имеют неодинаковую толщину, изготовлены из разных материалов, т.е. асимметрия может быть геометрической и физической. Применение несимметричных по структуре ТК связано не только с требованиями получения " конструкции минимальной массы, но и с функциональными свойствами, например, обеспечивает минимальную теплопроводность, радиопрозрачность и др.

Существует большое разнообразие заполнителей, имеющих самые различные конструктивные формы и структуры: заполнители сплошной структуры, сотовой ячеистой структуры, гофровой структуры, стеночной и ферменной структуры и др.

Трехслойные конструкции, благодаря своим положительным качествам, широко применяются в различных отраслях народного хозяйства: в строительстве - для изготовления панелей, плит промышленных и общественных зданий, в производстве отделочных панелей, мебели; в судостроении - в надстройках и их элементах судов различных классов и типов; в самолетостроении - в узлах и агрегатах самолетов различных классов и назначения независимо от компоновочно - конструктивной схемы. Площадь поверхности таких конструкций в планере самолета достаточно велика. Трехслойные конструкции применяются в качестве силовых элементов в крыле, фюзеляже, оперении ( обшивка, лонжероны, шпангоуты, нервюры, стенки ), особенно в агрегатах, воспринимающих местную нагрузку закрылки, элероны, щитки, рули, различные обтекатели ) и поперечную распределенную нагрузку ( полы грузовой и пассажирской кабины, каналы воздухозаборника ), а также в качестве несиловых элементов ( детали интерьера, элементы крепления оборудования ). Трехслойные конструкции применяют также при изготовлении многих узлов и агрегатов самолетов и вертолетов, работающих в различных условиях. Трехслойные конструкции применяются и в конструкции ракет-носителей и космических аппаратах.

На наш взгляд, это объясняется тем, что применение высокопрочных сталей, титана и его сплавов, армированных пластиков и других композиционных материалов на основе сверхпрочных непрерывных волокон или нитевидных кристаллов в тонкостенных подкрепленных конструкциях, работающих в условиях изгиба и сжатия, часто бывает неэффективным, так как по условию прочности конструкции из этих материалов должны иметь очень малую толщину. Однако при этом резко снижается момент инерции сечения пластины или оболочки, и конструкция, особенно при невысоких модулях упругости материала, имеет низкие критические напряжения потери устойчивости. Этого недостатка лишены трехслойные пластины и оболочки, так как трехслойные конструкции, обладая большей толщиной, имеют больший момент инерции.

Таким образом выявлены следующие основные преимущества трехслойных конструкций:

2. Технико-экономическая эффективность по сравнению с традиционными конструкциями:

- меньшая трудоемкость изготовления;

- меньшая энергоемкость технологических процессов;

- меньшая потребность в производственных площадях;

- экономия на себестоимости производства и эксплуатации; экономия на капитальных вложениях, обусловленных производством и эксплуатацией данного вида продукции.

3. Хорошие звуко- и теплоизоляционные свойства, свето- и радиопрозрачность, вибропоглощаюшие характеристики.

4. Высокий коэффициент внутреннего поглощения энергии: декремент колебаний на один-два порядка выше, чем у подкрепленных конструкций.(см. рис. 1-1)

5. Выносливость слоистых панелей превышает выносливость панелей стрингерных конструкций, (см. рис.1-2)

9. Более гладкая поверхность. Высокие качества формы и аэродинамики поверхности.

160

150

ПО

V \ \г2

10' юг ю1 10* Ю!

Зависимость предела выносливо- - Зависимость уровня звусти от числа циклов до разрушения для кового давления, соответствующе-различных типов конструкций: го разрушению конструкции, от г времени акустического воздействия.

1 — однослойного образца при растяжении-сжатии; 2 — трехслойного сварного образца РН15-7М (США) при изгибе; 3 — трехслойного паяного образца с несущими слоями из стали СН-4 (СССР) при изгибе; 4 — трехслойного паяного образца РН15-7М (США) при мзгибе

1 —стрингерная ¡подкрепленная панель с обшивкой из стали ВНС-2; 2 — сотовая конструкция с несущими слоями из стали ВНС-2

Рис. 1-1 Рис. 1-2

Однако, трехслойные конструкции имеют и некоторые недостатки:

- снижение прочности в процессе эксплуатации клеевых соединений за счет старения клея;

- жесткие требования к технологическому процессу и его стабильность;

- необходимость применения совершенных методов и аппаратуры для неразрушающего контроля соединений заполнителя с несущими слоями.

- отсутствие надежных методов нормирования допускаемых дефектов ТК, особенно типа расслоения.

Созданию и применению трехслойных конструкций предшествовало большое число теоретических и экспериментальных исследований. Впервые трехслойная конструкция была применена в 1845 г. английским инженером Р. Стефенсоном при строительстве железнодорожного моста. В России первое исследование, посвященное выбору параметров ТК, было выполнено С.И. Зоншайном в 1928 г. В 40-х годах трехслойные панели начали применяться в конструкциях самолетов. В это же время разрабатывается теория расчета трехслойной конструкции. В 1946 году вышла работа [21], в которой разрабатывалась теория расчета на устойчивость обшивки с заполнителем. Дальнейшее развитие трехслойные конструкции получили в работах [18, 26, 27, 32, 33, 35], где созданы основы прикладной теории трехслойных пластин и оболочек. Были изготовлены первые трехслойные панели с сотовым заполнителем с несущими слоями из металла, создание которых позволило подтвердить предположение об эффективности применения трехслойных конструкций, расширило число решенных задач устойчивости и прочности ТК, т.е. было создано новое направление в строительной механике пластин и оболочек.

Наибольший вклад в области прочности и устойчивости трехслойных пластин и оболочек внесла группа ученых из

Новосибирска: Э.И. Григолюк, А.Я. Александров, Л.М. Куршин,

Д.Э. Брюккер, П.П. Чулков и др. Х.М. Мупггари обоснованы гипотезы расчета и строгие зависимости теории трехслойных оболочек. Значителен вклад в теорию расчета трехслойных оболочек К.С. Голубева, В.И. Королева, Б .Я. Розендента, В.П. Карножицкого, В.Г. Попова, Я.М.Григоренко, K.M. Иерусалимского, В.Е. Берсудского, Ю.А. Гладкова и др. Ученые ЦНИИСКа под руководством А.Б. Губенко опубликовали работы по методике расчета, теории и применению трехслойных пластин и оболочек в строительстве. Применение трехслойных конструкций в самолетостроении поставило перед наукой ряд задач, таких как влияние начальных геометрических несовершенств на прочность ТК, проблема определения температурных деформаций и учета несимметричности строения оболочек[5, 13, 14]. В работах [7, 16, 19] рассмотрены вопросы рационального проектирования агрегатов авиационных конструкций, выполненных из панелей с сотовым заполнителем. Описание методов расчета ТК на прочность и устойчивость достаточно подробно рассмотрены в работах[2, 8, 17, 22, 33, 35, 27].

Применение ТК в судостроении потребовало создания теории расчета подкрепленных ТК[3, 20]. В теории ТК для несущих слоев принимаются гипотезы Кирхгофа-Лява , для заполнителя - гипотеза прямой линии напряжения в срединной поверхности легкого заполнителя, которое (напряжение) считается равным нулю[32, 33].

Границы применимости этих допущений были рассмотрены в работах А.П.Прусакова, Л.Э.Брюккера, Д.Джерарда.

Задачей данной работы является получение теоретических зависимостей расчета НДС (напряженно - деформированного состояния) трехслойных конструкций с учетом работы клеевого слоя на основе вариационного принципа Лагранжа; и проведение экспериментальных исследований на основе метода фотоупругости, метода интерферометрии и метода внедрения тензодатчика в клеевой слой для подтверждения теории, для подтверждения теории.

Существует несколько подходов к построению методики расчета трехслойных конструкций. Некоторые авторы при построении методики расчета НДС трехслойных конструкций, рассматривают пакет слоев (приведенные характеристики), используя простую математическую модель и получая при этом не совсем точные результаты при напряжении и перемещении. В настоящей работе при построении методики расчета НДС трехслойных конструкций конструкция с учетом клеевого слоя была

разделена на составные части (т.е. заполнитель, несущие слоя и клеевые слоя) и затем проанализирована деформирование каждой части посредством вариационного метода. Хотя при анализе частей ТК использовалась нетривиальная математическая модель и расчеты были сложными, точность расчетов оказалась значительно выше, чем при использовании теории приведения.

В данной работе экспериментальные методики сосредоточивают внимание на напряжениях и деформациях прямо в клеевом слое ТК летательных аппаратов.

II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В качестве примера рассматривается трехслойная конструкция, нагруженная распределенной по пролету нагрузкой с различными опираниями по кромкам: свободной и защемленной. В зависимости от распределения нагрузок были выделены 3 схемы работы ТК (см. рис. II-1):

Первая схема (1) - по гипотезе Кирхгофа, когда используется жесткий заполнитель, что приводит к отсутствию деформации поперечного сечения.

Вторая схема (2) - по гипотезе Найта (van der Neut), когда заполнитель работает лишь на сдвиг, в результате чего получается большая сдвиговая деформация по толщине.

Третья схема (3) - по гипотезе промежуточной, когда заполнитель работает на сдвиг и на растяжение - сжатие, получаем деформацию, среднюю между схемами (1), (2). z г кромок

Рис.П-2 схема деформации ТК

Трехслойная панель может быть принята свободно опертой на жесткий контур (основная расчетная схема - рис.Н-2.а) при следующих допущениях:

- несущие слои на контуре панели соединены элементом а Ь , жестким при деформации в своей плоскости и абсолютно гибким при деформации в перпендикулярном направлении;

- жесткость несущих слоев, вследствие их малой толщины, незначительна и можно принять их на контуре шарнирно опертыми;

- заполнитель работает только на сдвиг и совершенно не воспринимает усилий растяжения-сжатия в плоскости, касательной к срединной поверхности панели (по гипотезе Найта ).

Метод расчета трехслойных панелей, обладающих такими свойствами, с применением тригонометрических рядов изложен в книге Б.Ф.Прохорова и В.Н.Кобелева " Трехслойные конструкции в судостроении Однако применяемые на практике панели имеют такие параметры элементов, входящих в конструкцию ( несущие слои, заполнитель, законцовки ), что изложенные выше допущения не всегда могут быть приняты. Это вносит в расчет большую или меньшую ошибку. Например, реальный заполнитель работает не только на сдвиг, но и обладает конечной жесткостью на растяжениесжатие в плоскости, касательной к срединной поверхности. В результате закон деформации трехслойной панели по нормали к срединной поверхности будет тем больше отличаться от закона, соответствующего гипотезе ломаной линии, и приближаться к закону, соответствующему гипотезе недеформируемой нормали, чем выше жесткость заполнителя на сдвиг. В результате панель на кромке деформируется так, как показано на рис.П-2.б. Положение кромок а Ь (рис.П-2.б ) соответствует деформации панели, у которой жесткость заполнителя на сдвиг бесконечно большая. При расчете такой конструкции может быть принята гипотеза недеформируемой нормали. В случае конечной жесткости заполнителя при работе на растяжение-сжатие и на сдвиг кромки деформируемой панели займут положение, показанное на рис.И-2.г. В других случаях при конечной жесткости на изгиб несущих слоев на контуре панели между несущими слоями может быть установлена жесткая законцовка, которая при деформации панели остается перпендикулярной к несущим слоям в зоне ее установки, т.е. в контурных сечениях панели будет конструктивно соблюдаться закон недеформируемой нормали (рис.П-2.в).

Как известно, разрушение трехслойных конструкций часто возникает на стыке "заполнитель - несущий слой" (в случае соединения склеиванием), т.е. в клеевом слое. Это ставит вопрос об учете технологических и эксплуатационных влияний клеевого слоя в трехслойной конструкции.

Под действием нагрузки в клеевом соединении возникают напряжения, которые распределяются в нем неравномерно. Из большого разнообразия клеевых соединений (рис.П-З) наибольшее распространение в конструкциях клеевых узлов получило как наиболее экономичное соединение внахлестку. Склеивание внахлестку дает возможность получить увеличение площади склеиваемой поверхности и нагрузок при сдвиге в клеевом соединении.

1 нахлестка простая; 2 нахлестка ош'оскосная со скошенной кромкой; 3 нахлестка простая при отогнутых кромках склссвас-мых образцов; 4 - нахлестка двухскосная; 5 - нахлестка двусторонняя усиленная; б - нахлестка врезная ггростая; 7 - нахлестка врезная односкосная усиленная; 8 нахлестка шпунтовая; 9 - соединение двустороннее врезное; 10 соединение на "ус"; 11 соединение на "ус" с упорами; 12 - соединение двойное на "ус"; 13 - соединение с двумя накладками;- 14 -соединение с накладками со скошенными кромками; 15 - соединение торцевое с увеличенной площадью склеивания; 16 ■• двусторонняя врезная нахлестка с накладками; 17 ~ нахлестка с двутавром; 18 - нахлестка со швеллером; 19 - нахлестка с угольником

Рис.П-З модели клеевых соединений

Наиболее высокая концентрация напряжений (рис.П-4) возникает на концах нахлеста, что вызывает уменьшение прочности соединения. При нагрузке клеевого слоя соединенные детали растягиваются. Соединяемая деталь, имеющая меньшую площадь сечения, разрушается первой. В соединении простой нахлесткой клей выравнивает различия в удлинении соединяемых деталей, пластически деформируясь под нагрузкой. Это явление проявляется в неравномерности клеевого слоя, который выравнивает напряжения в соединении.

Прочность клеевого шва зависит от многих факторов: адгезии клея, зависимость свойств отверженного клея от его толщины и других параметров. Все эти факторы незначительно зависят от конструкции соединения. ш ,„." о ГТ1Пй кпий- Ь, - толщина слоя клея; / -. элементы соединения; 3 - слой кле* я т ^ илппяжспие Н( длина

1. 2 - элементы соединения, ^ » .»ктяжение ноомальл я - тол шина элементов соединения; стр - напряжение норм нахлестки; Б,, ьг толщи«* ль МП(.й кпея' а - угол деформамент изгибающий; - сила разрушают в клеевом шве; аи - напряжение нормальное изгиба; тсдв - напряжение елдига

Рис. П-4 Схема соединения в момент разрушения (а), эпюры нормальных напряжений при растяжении (б) и при изгибе (в)

При увеличении толщины слоя клея пропорционально увеличивается вредный момент изгиба, при этом прочность на растяжение и сдвиг снижается. Максимальная прочность клеевого " шва достигается при толщине клеевого слоя 0.1-0.2 мм.

Наибольшее распространение при склеивании получили многослойные конструкции с сотовым заполнителем.

При проектировании и изготовлении многослойной конструкции с сотовым заполнителем необходимо обеспечивать высокую прочность и надежность при незначительной площади контакта склеиваемых поверхностей. Очевидно, что определяющими факторами, влияющими на прочность конструкции, являются технологические факторы. При склеивании таких конструкций широко используются клеевые пленки. В процессе склеивания происходит перетекание части клея в пределах каждой ячейки от центра к стенкам, в результате чего у стенок образуются клеевые галтели (рис.П-5 ) . Клеевую галтель можно определить высотой поднятия клея Н, шириной основания галтели Кг, толщиной прослойки клея бщ, в пределах каждой ячейки после растекания клея, а также радиусом галтели. Ширина основания галтелей клея существенно влияет на общую площадь клеевого контакта, которая, как показали эксперименты, зависит от свойства клея, метода его нанесения и геометрии сотового заполнителя. Среднюю статическую ширину основания галтели для каждого конкретного случая получатют экспериментальным путем, склеивая образцы различными клеями при различных условиях, изготавливая из " образцов шлифы и измеряя под микроскопом исследуемые параметры. (Экспериментальное исследование клеевых галтелей ТК данной работы показано в IV главе). г -; ■: - УдУ } ж с £ «К

Сечение сотовой ячейки: 1 - стенка сотового заполнителя; 2 -галтель; 3 - обшивка; Н - высота поднятия клея; Кт - ширина основания галтели; 5ф - толщина фольги сотового заполнителя; — толщина обшивки; г - радиус галтели; 6П - толщина клеевой прослойки

Рис. П-5 клеевые галтели

III. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КЛЕЕВОГО СЛОЯ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ И БАЛКИ ТК

Заключение диссертации по теме "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы, на основе принятых гипотез деформирования трехслойных пакетов, были получена система уравнений и граничные условия, описывающие напряженно-деформированное состояние трехслойной цилиндрической оболочки как трехмерного ортотропного тела под действием произвольной нагрузки. Данный подход к решению задач такого типа дает возможность анализировать распределение напряжений и перемещений раздельно как в заполнителе, несущих слоях, так и в клеевых слоях ТК в любой точке пространственной системы координат. Следовательно, можно определить наиболее уязвимые участки конструкции в целом, особенно в клеевых слоях.

Вид решения свидетельствует, что выражение для искомых функций (щ; и2; дл^) содержит несколько быстро затухающих составляющих. Эти составляющие описывают эффекты, связанные с интенсивным сдвигом в ТК, сжатием заполнителя, которые в значительной мере определяют напряженно- деформированное состояние трехслойного пакета в зонах, имеющих большой показатель изменяемости. Подобное решение для трехслойной цилиндрической оболочки получено впервые.

Расчетные данные трехслойной балки при нагрузке позволяют определить особенности поведения заполнителя и клеевого слоя ТК:

1) Максимальная касательная деформация (е^з) заполнителя находится на краях стыков с клеевыми слоями, как показано на рис. Ш-20.

2) Максимальная касательная деформация (ех/>4, е^) клеевых слоев находится на краях стыков с заполнителем, как показано на рис. Ш-21 и рис. Ш-22.

3) Напряжения вдоль по оси ъ (а2.4, а/ 5) клеевых слоев растут быстро около опоры и точки нагружения, как показано на рис. Ш-27 и рис. Ш-28.

4) Максимальное касательное напряжение (аХ2;3) заполнителя находится на краю стыка с клеевыми слоями, как показано на рис. Ш-29.

5) Максимальное касательное напряжение (стх/.,4, аХ7,5) клеевых слоев находится на краю стыка с заполнителем, как показано на рис. Ш-30 и рис. Ш-31.

Влияние изменения толщины клеевого слоя на прочность ТК является таким, что минимальная абсолютная величена касательного напряжения и заполнителя и клеевых слоев находится в зоне 0.0010.002см при изменении толщины клея. Поэтому для повышения прочности клеевого слоя следует уменьшать его толщину.

Произведены экспериментальные исследования ТК по трем различным методикам. Метод фотоупругости определяет разность главного напряжения лишь в заполнителе и несущем слое. Метод спекл-сдвига показывает явление осциллирующего процесса в заполнителе и несущем слое ТК при статической нагрузке. А метод внедрения тензодатчка в клеевой слой ТК позволяет непосредственно получать деформации клеевых слоев ТК при нагрузке.

Построена методика определения толщины клеевого слоя на основе эксперимента.

А также даны некоторые рекомендации по уточнению процесса изготовления трехслойной конструкции.

Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата технических наук, Хуанг Сонг-Дженг, Москва

1. Абибов А.Л., Технология самолетостроения. М.: Машиностроение, 1982, 551 с.

2. Александров А.Я., Куршин JIM. Трехслойные пластинки и оболочки. В кн.: Прочность, устойчивость, колебания. М.: Машиностроение, 1968, т.2, с.243-326.

3. Благов В.А., Калмычков А.Н., Кобелев В.Н., Прохоров Б.Ф. Легкие судовые конструкции из пластмасс. Л., "Судостроение", 1969, 264 с.

4. Васидзу К., Вариационные методы в теории упругости и пластичности., М: Мир, 1987.

5. Григолюк Э.И., Чулков П.П. Нелинейные уравнение пологих многослойных оболочек регулярного строения. Механика твердого тела. 1967,No. 1,с. 163-169.

6. Григорьев В.П., Технология самолетостроения., 1960, 541 с.

7. Гиммельфарб А.Л. Основы конструирования в самолетостроении. М.: Машиностроение, 1980, 367 с.

8. Ендогур А.И., Вайнберг М.В., Иерусалимский K.M. Сотовые конструкции. М.: Машиностроение, 1986, 200 с.

9. Кан С.Н., Строительная механика оболочки. М.: Машиностроение, 1966, 508 с.

10. Ю.Кваша А.Н., Технология производства летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981, 232 с.

11. Кобелев В.Н., Коварский Л.М., Тимофеев С.И. Расчет трехслойных конструкций. М.: Машиностроение, 1984, 304 с.

12. Кобелев В.Н., Потопахин В.А. Динамика многослойных оболочек. Ростов. Изд. Ростовского университета, 1985, 160 с.

13. Крысин В.Н., Технологические процессы формования, намотки исклеивания конструкции. M.: Машиностроение, 1989, 240 с.

14. Куршин JI.M. Уравнение трехслойных цилиндрических оболочек. Изв. АН СССР, ОТН, 1958, No. 3, с. 15-20.

15. Куршин JI.M. Уравнение трехслойных пологих и непологих оболочек. В сб. Расчеты элементов авиационных конструкций. М. Машиностроение, 1965, с. 106-157.

16. Кун П. Расчет на прочность оболочек в самолетостроении: пер. с англ. М.: Оборонгиз, 1961, 306 с.

17. Краснобаев И. А. Расчет круговой трехслойной цилиндрической оболочки с большим прямоугольным вырезом. "Известия вузов", Архитектура. Новосибирск, 1973, No 2, с.11-16.

18. Прусаков А.П. Конечные прогибы многослойных пологих оболочек. Изв. АН СССР. Механика твердого тела, 1971, No 3, сЛ 19-125.

19. Панин В.Ф. Гладков Ю.А. Конструкции с заполнителем. М. Машиностроение, 1996,272 с.

20. Прохоров Б.Ф., Кобелев В.Н. Трехслойные конструкции в судостроении. Л., "Судостроение", 1972, 334 с.

21. Рабинович A.JI. Устойчивость обшивки с заполнителем при сжатии П Тр. ЦАГИ, No 595. Издательство бюро новой техники, 1946, 38 с.

22. Шунгский Б.Е. Строительные конструкции с сотовыми заполнителями. М., Стройиздат, 1977, 112 с.

23. Allen, H. G., Analysis and Design of Structural Sandwich Panels.

24. Pergamon Press, Oxford, 1969.

25. Frostig, Y., High-order Bending of Piecewise Uniform Sandwich Beams with a Tapered Transition Zone and a Transversely Flexible Core. Composite Structure, Vol.31,1995, pp.151-162

26. Frostig Y., Behavior of delaminated sandwich beam with transversely flexible core high order theory. Composite Structures, Vol. 20, 1992, pp. 1-16.

27. Frostig Y., Daruch M., Bending of sandwich beams with transversely flexible core. AIAA,Vol.28, No.3, 1990.

28. Gerard G. Torsional instabiliting of a long sandwich cylinder. Proceeding of First National Congress for Applied Mechanics, ASME, 1952. P.391-194

29. Hsu Teh-Min e.a. A theory of laminated cylindrical shells consisting of layers of orthotropic lamine. AIAA Journal, 1970, V.8,N12

30. Lee L.J., Bending and vibration analysis of composite sandwichplates. Computer & Structure Vol.60. No.l. pp. 103-112

31. Marshal. A., Sandwich Construction. In Handbook of Composites, ed. G. Lubin. VanNostrand Reinhold Company, Scarborough, CA, 1982.

32. Monforton G.R., Analysis of sandwich plates with unbalanced cross-ply faces. Int. J. Mech. Sci. Vol. 17, 1975, pp.227-238.

33. Plantema, F. J., Sandwich Construction: The Bending and Buckling of Sandwich Beam, Plates and Shells. John Wiley and Sons Inc., N.Y. 1966.

34. ReisnerE. Finite deflections of sandwich. Plates. JAS, 1948, V.75,N7.P.272-275.

35. Reisner E. Finite deflections of sandwich. Plates. JAS, 1950, N2. P.423-428.

36. Shenhar Y., Frostig Y. & Altus E., stresses and failure patterns in the bending of sandwich beams with transversely flexible cores and laminated composite skins, Composite Structure, Vol.35, 1996, pp. 143-152.

37. Somers, M., Weller, T. & Abramovich, H., Buckling and postbuckling behavior of sandwich structures in the presence of a delamination, TAE, No. 644, Technion, Israel Institute of Technology, Haifa, July 1989.

38. Stein M., Mayers J.A. Small-deflections theory for curvedsandwich plates. -NASA Technical Report, 1951,1008.

39. Thomsen, O. T., Analysis of local bending effects in sandwich plates with orthotropic face layers subjected to localised loads. Composite Structure, Vol.25, 1993, pp. 511-520.

40. Thomsen, O. T., Theoretical and Experimental Investigation of Local Bending Effects in Sandwich Plates. Composite Structure, Vol.30, 1995, pp. 85-101.

41. Thomsen, O. T., Ply Drop-off Effects in CFRP/Honeycomb Sandwich Panels-Experimental Results. Composites Science and Technology, Vol.56, 1996, pp. 423-437.

42. Tsai, S. W. & Wu, E. M., A general theory of strength for anisotropic materials. J. Composite Materials, Vol.6, 1971, pp.68.

43. Vinson, J. R., Optimum design of composite honeycomb sandwich panels subjected to unaxial compression. AIAA J., Vol.24, 1986, pp. 1690-1696.

44. Zhaohua, F. & Cook, R. D., Beam elements on two-parameter elastic foundations. ASCE J. Engng Mech., V.109, N.6, 1983, pp. 1390-1402.