Склеивание металлов и пластмасс - Ковачич Л.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние на прочность геометрических параметров в значительной степени обусловлено упомянутым выше коэффициентом формы. Как следует из рис. 2.12, абсолютная прочность соединения (с заданной шириной), т. е. разрушающая нагрузка, еоз-
Рис. 2.11. Номограмма для расчета допустимой нагрузки на круглый стержень, вклеенный в отверстие (сталь, стст = 250 МПа), и коэффициента безопасности [88]: ___
, I 4-50 ООО
Пример расчета: / — расчет диаметра стержня й= у ло’= зТГТ20 = 2 мм; Д0ПУСТИ'
Мая нагрузка 50 кН, длина соединения 50 мм, допустимые натяжения сгдоп = 120 МПа; 2 — соединяем d и I н, продолжая прямую до шкалы сг, получаем о=310 МПа; эта величина больше, чем (Тст = 250 МПа; расчетный коэффициент безопасности >с = сгСт/<тдоп,“ *=250/120=2,1, а в действительности — 310/120=2,6.
4—268 49
растает с длиной нахлестки вплоть до определенного максимума; удельная же прочность с длиной нахлестки снижается.
Эмпирически установлено, что клеевые соединения наиболее устойчивы к действию нагрузки при сдвиге, что относится главным образом к твердым изотропным материалам*. С возрастанием упругости материала и снижением его толщины возрастает устойчивость при изгибе и отдире, что, однако, зависит от эластичности отвержденного клея. Поэтому важно, чтобы физикомеханические константы клея приближались к константам субстрата. Статические нагрузки с точки зрения долговечности соединения более выгодны, чем динамические.
Кроме упомянутых важнейших факторов на свойства соединения оказывают влияние и многие другие. Как правило, эти факторы снижают прочность и долговечность соединения. Поэтому необходимо принимать во внимание коэффициент безопасности, о котором мы говорили выше. Для практических целей его обычно преобразовывают**:
t.i = 4.k1kz.. ,kxks (2.12)
где у.а — конечная величина; k\—kx. — экспериментально установленные коэффициенты условий работы (влияния температуры влаги, химического воздействия и коррозии, динамического нагружения и т. д.); ks — коэффициент предельных напряжений.
При этом не следует забывать о максимальных (пиковых) предельных напряжениях, которые существенно снижают значение коэффициента безопасности. Эти напряжения определяют коэффициент концентрации напряжений (2.13) и коэффициент максимальных напряжений (2.14):
п = ТмаксАср (2.13) ks—\/n (2.14)
При одинарных соединениях внахлестку максимальное напряжение при сдвигающих нагрузках больше на торцах соединения, где наблюдается и наибольшая деформация. Коэффициент максимальных напряжений должен учитывать, в какой степени максимальные напряжения и деформации перераспределяются и выравниваются под действием нагрузок. Влияние максимальных напряжений на деформацию шва показано на рис. 2.13. Расчет прочности соединения следует экспериментально проверять и корректировать.
На основе закона подобия геометрически подобные соединения, т. е. соединения с одинаковым коэффициентом формы f, должны иметь одинаковую или хотя бы близкую прочность. Это действительно, если одинаковы параметры склеиваемых материалов, природа клея, способы поверхностной обработки субст-
* Более высокие показатели прочности, чем при сдвиге, обычно достигаются
при равномерном отрыве. — Прим. ред.
** Метод перемножения коэффициентов для клеевых соединений дает иска-жеииые результаты по сравнению с прямым учетом действия одновременно нескольких факторов. — Прим. ред.
50
Рис. 2.12. Зависимость разрушающей нагрузки при сдвиге (/) и удельной прочности (2) от длины нахлестки (Р — нагрузка при постоянной ширине соединения, I — длина нахлестки)
Рис. 2.13. Влияние максимальных напряжений на деформации в клеевом шве [43] [7 — деформация (относительное смещение), мм; клен агомет М; склеиваемый материал сплав Al, Си, Mg]:
= 1,2;
L =20 мм
2 — п=1,35; 3 — п=1,5; 4 — п=1,9.
рата. Однако даже при соблюдении этих условий значения прочности соединения могут различаться до 30%. Такой разброс, т. е. неточность закона подобия в результате действия масштабного фактора и т. п., снижает надежность расчетных данных, основанных на использовании коэффициента формы.
С учетом этих замечаний был разработай другой метод расчета клеевого соединения [43, 97]. Сначала эмпирически устанавливают зависимости прочности соединений большого числа различных материалов на разных клеях от многих факторов. Результаты этих опытов сведены в номограмму (рис. 2.14), которая может быть хорошим подспорьем при конструировании и расчете прочности соединений. На рис. 2.14 приводится пример расчета конкретного соединения. Первым шагом является определение прочности клея при сдвиге Тмакс (МПа) и модуля упругости при сдвиге G (МПа). Для симметричного (двойная нахлестка) и несимметричного (одинарная нахлестка) соединений действительны уравнения;
K%s = Тмакс VG (симметричное) (2.15)
_ СГмяи-' 104
Кхп == тМакс I -----Ё----- (несимметричное) (2.16)
Соединяя Кхс иа первой шкале номограммы с величиной aa(s) и продолжая линию до следующей шкалы, мы получаем величину коэффициента пропорциональности аА. В нашем случае это НЭН/мм1’76. Далее продолжая прямую от величины аА через рассчитанную величину Рв, т. е. 300 кН/мм (см. подпись к рис. 2.14), вплоть до шкалы с, получим величину с=6,4 мм^1'6. Соединяя значения коистаиты с с дайной толщиной субстрата (si), получаем оптимальную длину нахлестки /о = 6,5 мм-0'5 (иа шкале 1о+). Отложив эту
