Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
Весьма распространенным клеевым соединением является одинарное соединение внахлестку. Из рис. 2.2 видно, что на торцах соединения возникает концентрация напряжений. На торцы нахлестки приходится наибольшая часть нагрузки, что способствует тому, что нагрузка, при которой разрушается шов, значительно ниже ожидаемой, исходя из средней прочности клеевого шва.
Прочность соединения внахлестку возрастает при увеличении ее площади. Площадь соединения — это произведение ширины соединения на длину нахлестки. Увеличение прочности соединения с длиной нахлестки не выражается линейной зависимостью (рис. 2.3). В отличие от длины нахлестки ширина соединения линейно связана с его механическими свойствами. Как видно из рис. 2.4, с ростом ширины соединения возрастает разрушающая нагрузка, но прочность при сдвиге от ширины соединения не зависят.
Прочность соединения определяется не только площадью нахлестки, но при достаточной адгезии прочностью субстрата. Из рис. 2.5 следует, что при данной толщине склеиваемого материала прочность соединения после превышения оптимальной длины нахлестки далее не возрастает. Прямая, соединяющая точки перегиба на кривых зави- §
симости прочности соединения от |
толщины субстрата (f), подобна I
функции коэффициента формы. ^
а;
Рис. 2.2. Распределение напряжений в rzr=
соединении внахлестку.
43
Рис. 2.3. Зависимость прочности соединения от длины нахлестки I:
/ — ожидаемая прочность; 2 — экспериментально определенная; 3 — область оптимальных размеров нахлесткн.
Рнс. 2.4. Зависимость разрушающей нагрузки при растяжении (1) и прочности при сдвиге (2) от ширины соединения (субстрат — стальной прокат, опе-скоструенный, s=2 мм, /=10 мм, клей эпоксидный горячего отверждения).
На основе теории Фолькерсена выведен коэффициент формы соединения (в мм-1) [10]:
f = Vs/l (2.1)
(s — толщина субстрата, I — длина нахлестки). Это уравнение действительно для соединений плоских материалов (пластины, листы и т. п.). Зависимость прочности соединения от коэффи-. циента формы (рис. 2.6) в области / от 0 до 0,3 линейная, т. е. прочность соединения пропорциональна коэффициенту формы, что необходимо учитывать при конструировании.
В ряде нормативных документов оптимальная длина нахлестки считается постоянной. Для расчета оптимальной длины нахлестки применяют соотношение [39]:
l = aks/r (2.2)
где а*— предел текучести субстрата; г— 1,5 т (т — средняя прочность клеевого соединения при сдвиге).
Это уравнение применимо для металлов и тех неметаллических материалов, у которых на диаграмме разрушения линейная
часть достаточно велика по сравнению с требуемой прочностью
соединения.
Существует несколько способов расчета клеевых соединений с целью определения оптимальной длины нахлестки с учетом механических свойств компонентов соединения, размеров склеиваемых деталей, коэффициента формы. Свойства клея вводят в эти расчеты различными способами.
При определении оптимальной длины нахлестки [59] разные авторы исходят из уравнения для коэффициента формы (2.1), из которого рассчитывают среднюю прочность соединения при сдвиге т:
х = a lg(Xf) (2.3)
44
(а и X — константы относящиеся к свойствам клея, которые определяют экспериментально).
В работе [81] предложено следующее уравнение для прочности соединения при сдвиге:
x = b(l+Mlg/) (2.4)
где b — константа, учитывающая свойства клея и зависящая от предела текучести склеенного материала; М — коистанта, относящаяся только к клею.
Авторы [97] приводят соотношение
1 = сУТ
(2.5)
в котором константа с учитывает свойства и клея и склеиваемого материала.
Значения констант, входящих в уравнение (2.3) — (2.5) приведены ниже [88]:
Уравнение Константы Литературная ссылка
(2.3) а = 3,65 [59]
% = 63,1
(2.4) 6 = 6,27 [81]
М = 0,55
(2.5) с=9,4 [97]
На примере одинарного соединения внахлестку сплава А1, Си и Mg, скленного при нагреве эпоксидным клеем, авторы [88] сравнили уравнения (2.3) — (2.5) и установили, что с точки зрения расчета нахлестки они очень похожи (рис. 2.7).
Для одинарного соединения внахлестку стандартных размеров было выведено соотношение
/опт = таk (2.6)
согласно которому в клеевых соединениях определенных размеров при использовании одного и того же клея оптимальная длина нахлестки зависит от толщины 'Субстрата, поскольку от тол-
,МПо
bsp,
Рис. 2.5. Влияние толщины субстрата внахлестку (/ — длина нахлестки).
(металла) на прочность соединения
Рис. 2.6. Зависимость прочности клеевого соединения при сдвиге (xsp) от коэффициента формы соединения [10].
45
Рис. 2.7. Зависимость прочности соединения при сдвиге (tsp) от длины нахлестки [88]:
/ — по [59]; 2 — по [81]; 3 — по [97].
Рис. 2.8. Зависимость размерного фактора т соединения внахлестку от толщины субстрата [66].
щины субстрата зависит размерный фактор т, как это следует из рис. 2.8 (см. также рис. 2.15). На основе теоретических данных и экспериментов были составлены номограммы, которые можно использовать для расчета параметров соединения для определенных клеев (рис. 2.9—2.11).
Зависимость размерного фактора т от толщины субстрата [рис. 2.8, уравнение (2.6)] соответствует уравнению для параболической функции:
