Исследования влияния температуры на несущую способность клеенных трехслойных балок Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

-\-

4. Barry, Ch.D. Working with developable surfaces [Text]/ Barry, Christopher D.//

Boatbuilder, 2001, Jan/Feb. - P. 1-8.

5. Oetter, R. Block construction of small ships and boats through use of developable panels [Text]/ Oetter R., Barry C.D., Duffty B., Welter J. // Journal of Naval Production. - Vol. 18, No 2. - May 2002. - P. 65-72.

6. Gershon, Elber. Model fabrication using surface layout projection [Text]/ Gershon Elber // CAD. - Vol. 27, № 4. - April 1995. - P. 283-291.

7. Хмеленко, А.С. Геометрическая модель и алгоритм конструирования торсических поверхностей для глубокого рыхления почв [Текст] / А.С. Хмеленко // Прикладная геометрия и инженерная графика. - Киев, 1985. - Вып. 40. - С. 102-103.

8. Thibert, B. A direct method for modeling and unfolding developable surfaces and its application to the Venture Basin (California) [Text]/ Thibert Boris, Gratier Jean-Pierre, Morvan Jean-Marie// Journal of Structural Geology. - 2005, Vol, 27, Issue 2. - P. 303-316.

9. Kolmanic, С. The flattening of arbitrary surfaces by approximation with developable strips [Text]/ Simon Kolmanic, Nikola Guid // From Geometric Modeling to Shape Modeling/ Edited by Umberto Cugini, Michael Wozny. - Kluwer Academic Publisher. - 2001. - P. 35-44.

10. Glaeser, G. Developable surfaces in contemporary architecture [Text]/ Georg Glaeser, Franz Gruber// Journal of Mathematics and the Arts. - Vol. 1, Is. 1. - March 2007. - P. 59-71.

11. Ito Miori. A method of predicting sewn shapes and a possibility of sewing by the theory of developable surfaces [Text]/ Ito Miori, Imaoka Haruki // Journal of the Japan Research Association for Textile End-Uses. - Vol. 48. - No 1. - 2007. - P. 42-51.

УДК 624.011.1

О.М. Устарханов, Х.М.Муселемов, Н. К.Акаев ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ КЛЕЕННЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ БАЛОК

O.M. Ustarkhanov, Kh. M. Muselemov, N.K. Akaev INVESTIGATION OF THE TEMPERATURE INFLUENSE ON THE GLUED THREE-LAYER BEAMS

Работа посвящена исследованию влияния температуры на несущую способность клееных трехслойных балок.

Данные исследования позволяют определить влияние температуры на несущую способность клееных трехслойных балок, состоящих из заполнителя и несущих слоев соединенных на клею, что представляет интерес для инженерно-технических работников и проектировщиков.

Ключевые слова: заполнитель, трехслойный, несущий слой, клей.

The work is devoted to the investigations of temperature influense on the load-carrying capacity of glued three-layer beams.

Data of investigations allow to define the temperature influence on the load -carrying capacity of glued three-layer beams consisting of filler and load-carrying layers connected with glue that is of interest of the engineering employees and designers.

Key wods: filler, three-layer, load-carrying layer, glue.

Часто конструкции зданий и сооружений подвергаются экстремальным воздействиям: огня, давления, температуры, взрывных воздействий и.т.д. В частности для трехслойных конструкций (ТК) представляет интерес влияния на ее несущую способность

температуры. Особенно это относится к ТК, элементы которых соединены между собой на синтетических клеях.

Известно что, реологические ,механические и другие свойства клеевых материалов зависят от температуры, значения которых могут изменяться с различной скоростью, но как правило, диапазон изменения температуры находится в пределах от -50до+200оС. Именно в этом диапазоне эксплуатируется большинство склеенных конструкций и, как правило, температуры отверждения однокомпонентных клеевых материалов также не превышают +200 оС.

С целью определения влияния температуры на напряженно-деформированное состояние ТК нами были проведены экспериментальные исследования. Для этого была подготовлена экспериментальная установка, которая состояло из устройства для крепления балок и создания нужного нагружения (рис. 1.).

Рис.1. Общий вид установки для крепления балок и обеспечения равномерно распределенной нагрузки. 1-ребра жесткости; 2-жестко закрепленное ребро, ограничивающее ширину испытываемого образца; 2'-подвижное ребро ограничивающее ширину испытываемого образца; 3-металлические угольники, закрепленные к ограничивающим ребрам, предназначенным для изменения длины испытываемого образца, 4-гибкая камера для создания избыточного давления; 5-элементы для крепления балок.

Устройство для создания нужной температуры приведено на рис. 2.

Рис.2. Вид нагревательных установок. 1-калорифер; 2-испытываемый образец; 3-установка для испытания ТК.

Измерения напряженно-деформированное состояние ТК проводились с применением измерительного комплекса (рис.3).

Рис.3. Общий вид измерительной установки.

1-тензодатчик; 2-датчик часового типа; 3-цифровой многофункциональный тестер для измерения температуры при помощи термопары типа «К», который подключается в раз «УОшЛ» и «СОМ»; 4-магазин сопротивления; 5-мост Уитсона; 6-блок питание; 7-многопозиционный переключатель; 8-компрессор для создания давления; 9- манометр для измерения давления.

Устройство позволяло крепить на нее балку (шарнирно или жестко) и обеспечить равномерно распределенное нагружение испытываемого образца.

Для проведения экспериментальных исследования были изготовлены образцы трехслойных балок. В качестве материала заполнителя трёхслойных балок использовался алюминий Д16 АТ с толщиной - 0,12мм. Несущие слои образцов выполнены из сплава алюминия АМг2-Н толщиной 1мм. Отдельные элементы заполнителя (соты) имели формы шестигранной призмы. Были изготовлены ТБ с различными размерами сот. В первой серии размер грани призмы составлял 15мм, а высота 40мм; во второй серии размер грани призмы составлял 25мм, высота 60мм; в третьей 30мм и 70мм, соответственно.

Каждая серия включает в себя 18 балок. Для изготовлении 9-ти балок 1-й серии использовался эпоксидный клей ЭД-20, а для остальных 9 балок этой серии использовался клей «момент» на основе фенолоформальдегидной смолы.

Размеры испытываемых ТК соответствовали требованиям стандарта, а количество определялось результатом многочисленных экспериментальных исследований [1;2].

Перед соединением элементов балок между собой поверхности несущих слоев и заполнителя подвергались к подготовке. Как известно поверхность алюминия имеет загрязнение в виде жиров, масел, различной пыли и оксидной пленки как показано на рис.4 [3].

Ьода и ее пары

кислород,углекислый гаг и другие газы, а также пары Ьоды

оксидная пленка

поЬерхностные слои, которые по сбоим сбойстЬам отличаются от сЬойстЬ основного металла

Рис.4.Схема неочищенной металлической поверхности

При подготовке поверхностей производилось обезжиривание (ее основной целью является удаление пыли, жиров и масел) и механическое очищение (ее целью является удаление окисной пленки). Обезжиривание проводилось дважды до механической обработки и после механической обработки. Нужная температура обеспечивалась с помощью калориферов. В зависимости от необходимой конечной температуры менялось количество калориферов и расстояние между калориферами и испытываемым образцом. Температура в образце определялось при помощи термопары и многофункционального тестера. Измерения проводились после 2-3 часов выдержки при определенной температуре.

Эксперименты проводились для 2-х видов опирания балок-шарнирного и жесткого.

Балки нагружались равномерно распределенной нагрузкой.

Результаты экспериментальных исследований показали следующее.

1. Влияние на деформацию трехслойных балок при температуре ниже 40и С незначительно. Расхождения между деформациями определенные при температуре 2°° С и определенные при температуре 40° С составляли 1-2%.

2. При увеличении температуры выше 40° С увеличиваются прогибы балок, растут деформации в клеевом шве. При температуре 55° С прогибы балок увеличились на 46%, при температуре 70° С разница составляло от 7 до 10 %, а также увеличивались и напряжения (рис.5 - рис.8).

3. В балках где использовался клей «момент» деформации увеличивались на 3-4 % больше, чем в балках где использовался клей эпоксидный клей ЭД-2°.

4. Деформации при обычной температуре в балках на эпоксидном клее были значительно меньше, чем в балках на клею «момент» (2-2,5 раза).

5. Разрушения образцов происходили на расстоянии (0,12 ^ °,17)/ от опоры при разрушающей нагрузке (0,9-1,8) кгс/см2 и при температуре 70° С , что на 11% меньше чем разрушающая нагрузка при обычной температуре.

жиры, пасла, различная пыль

А-

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.

1. ТК на эпоксидном клее ЭД-20 можно использовать без дополнительной защиты при температурах не превышающих 600 С.

2. Величина напряжений и перемещений ТК зависят от продолжительности действия температуры и нагрузки.

3. Использование эластичных клеев для изготовления ТК приводит к увеличению их деформативности.

Библиографический список:

1. Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. Технология изготовления сотовых авиационных конструкций// М.: Машиностроение, 1975. 296с.

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

3. Вильнав Ж.-Ж. Клеевые соединения// Мир материалов и технологий // Москва: Техносфера 2007 г.