CC BY
0
УДК 620.16/17:668
DOI: 10.24412/0321-4664-2024-1-59-61
СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ КЛЕЕНЫХ ПАНЕЛЕЙ С СОТОВЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ
Евгений Иванович Швечков, докт. техн. наук Всероссийский институт легких сплавов, Москва, Россия, e-mail: info@oaovils.ru
Аннотация. Представлены экспериментальные данные о циклической долговечности клееных панелей с сотовым заполнителем. Варьировали типы законцовочного профиля (замкнутый, открытый), способы усиления наружного несущего слоя (приклеенная накладка или химическое фрезерование), марки клеев. Проведена подробная тензометрия верхнего и нижнего несущих слоев, в том числе в сечении, ответственном за разрушение при циклическом деформировании.
Ключевые слова: клееные панели; сотовый заполнитель; верхний и нижний несущие слои; профиль; циклическая долговечность; напряженное состояние; распределение напряжений; клеи
Fatigue Resistance of Adhesive-Bonded Panels with Honeycomb Core.
Dr. of Sci. (Eng.) Evgeny I. Shvechkov
All-Russian Institute of Light Alloys, Moscow, Russia, e-mail: shvechkov@oaovils.ru
Abstract. Experimental data on the cyclic life of adhesive-bonded panels with honeycomb core are presented. The types of heavy end sections (closed, open), strengthening methods of the outer load-bearing layer (adhesive-bonded overlay or chemical milling), and adhesives brands were varied. Comprehensive tensometry of the upper and lower load-bearing layers was carried out, including in the section responsible for destruction during cyclic loading.
Keywords: adhesive-bonded panels; honeycomb core; upper and lower load-bearing layers; profile; cyclic life; stress condition; stress distribution; adhesives
Клееные панели с сотовым заполнителем (КПСЗ) имеют повышенную жесткость и хорошие характеристики сопротивления усталости, особенно, при воздействии акустических нагрузок [1, 2]. Они содержат значительно меньшее количество заклепок, отверстия под которые являются типовыми концентраторами напряжений в авиационных конструкциях. Однако на участках стыковки КПСЗ с элементами каркаса необходимы местные утолщения несущих слоев (обшивок), между которыми располагается сотовый заполнитель. Эти переходы толщин являются основными потенциальными очагами усталостных разрушений КПСЗ и требуют изучения их влияния на циклическую долговечность.
Ниже представлены результаты испытаний КПСЗ, отличающиеся типом законцовочного профиля (замкнутый и открытый), способом усиления несущего слоя (глубокое размерное травление с переходом толщин в верхнем несущем слое либо наклейкой на него тонкой накладки) (рис. 1).
При изготовлении КПСЗ использовали несколько клеев (ВК24, BSL-312, FM-137, R-391/1), имеющих близкие характеристики по модулю сдвига G и предельной деформации у. Часть панелей склеивали в автоклаве, в остальных для создания давления использовали вакуумный мешок.
5н.с - 0,03
Ф
400
1 2
ю | а
т
сэ СП 1 I 0\ 1 <♦} о"1 О 1,
^л*......
пользованием тензодатчиков типа ДК-10. Их наклеивали на оба несущих слоя (верхний и нижний) в нескольких сечениях (по 3-5 штук в каждом из них).
Отмечена более высокая нагруженность наружного несущего слоя (ННС), возрастающая по мере приближения к профилю и достигающая у перехода толщин 210-220 МПа. При этом напряжения во внутреннем несущем слое уменьшались до 80-110 МПа. Характер распределения напряжений и их экстремальные значения не имели существенных отличий между панелями с различными видами клеев. Типовое распределение напряжений показано на рис. 2.
210
1ШШШ1Щ|11П1Ш[ШТ1^ . :^тттшШ
с/тга
210 ■
Рис. 1. Общий вид (а) и конструктивные особенности (б) клееных панелей с сотовым заполнителем:
1 - законцовочный профиль;
2 - сотовый заполнитель; 3 - несущие слои; 4 - усиливающая накладка; 5, 6, 7 - типы профилей
Методика испытаний
Одновременно испытывали две панели, перестыкованные вспомогательным профилем (см. рис. 1). После разрушения одной из них вторую соединяли со следующей панелью и испытания продолжали при тех же параметрах нагружения. Долговечность панелей оценивали с учетом предшествующей наработки. Появление прогиба в области стыка устраняли с помощью регулируемого упора, закрепленного на станине испытательной машины. Всего испытано 53 панели [3, 4].
Несущие слои панелей изготавливали из сплава Д19АТ и подвергали хромово-кислому анодированию.
Панели испытывали осевым растяжением при максимальной нагрузке цикла 3000 кг, частоте нагружения 1 = 0,15 Гц и коэффициенте асимметрии цикла, близким к нулю. На некоторых панелях проводили тензометрию с ис-
Рис. 2. Типовое распределение напряжений в наружном и внутреннем несущих слоях в панелях с замкнутым профилем
Данные о циклической долговечности клееных панелей с сотовым заполнителем приведены в таблице. Каждый тип профиля представлен четырьмя клеями.
Циклическая долговечность КПСЗ зависела от конструктивных особенностей их изготовления. Из таблицы следует, что в панелях с замкнутым профилем применение приклеенной накладки вместо размерного травления привело к увеличению долговечности примерно в 1,46 раза. Более высокая эффективность приклеенных накладок по сравнению с размерным травлением объясняется относительно меньшей концентрацией напряжений, создаваемой вдоль кромки усиления наружного несущего слоя, откуда появлялись и развивались очаги усталости с последующим разрушением панели.
Сравнение долговечности панелей с замкнутым и открытым профилями в случае их усиления приклеенными накладками показало преимущество первого в 1,52 раза. Это объясняется значительно большей жесткостью замкнутого профиля, который согласно результатам тензометрии обеспечил меньшую нагруженность наружного несущего слоя по месту его разрушения.
Результаты испытаний на усталость
Конструктивное оформление панели Марка клея Количество испытанных панелей ni Среднее число циклов до разрушения Ni N = In,
Замкнутый профиль. ННС выполнен глубоким размерным травлением ВК-24 6 50 660 40 550
В81_-312 4 38 280
РМ-137 5 47 000
К-319/1 7 44 400
Замкнутый профиль. ННС усилен приклеенной накладкой ВК-24 4 59 180 59 100
ВБ1_-312 3 61 850
РМ-137 5 56 230
К-319/1 4 60 530
Открытый гнутый профиль. ННС усилен приклеенной накладкой ВК-24 6 42 270 38 830
ВБ1_-312 3 47 220
РМ-137 5 39 100
К-319/1 4 27 040
Заключение
Циклическая долговечность клееных панелей с сотовым заполнителем в основном зависела от типа профиля и способа усиления верхнего несущего слоя. Замкнутый профиль по сравнению с открытым показал значительное преимущество. В сечении разрушения он обеспечил заметно меньший (в 1,05-1,10) уровень напряжений. Более высокая эффективность приклеенных накладок по сравнению с химическим фрезерованием объясняется относительно низкой концентрацией напряжений вдоль кромки усиления наружного несущего слоя, где образец разрушался.
Все использованные клеи обеспечили прочное соединение несущих слоев с профилем. Случаи разрушения клеевого шва в процессе испытаний отсутствовали.
Конструктивному оформлению законцовок клееных панелей с сотовым заполнителем должны предшествовать испытания образцов, например, склеенных листов различной длины и толщины, а также выбор клея, обеспечивающий оптимальную долговечность. Полученные результаты целесообразно применять в окончательном варианте.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных Н.И. Технология изготовления сотовых авиационных конструкций. М.: Машиностроение, 1975. 295 с.
2. Крысин В.Н. Слоистые и клееные конструкции в самолетостроении. М.: Машиностроение, 1980. 228 с.
3. Швечков Е.И., Редькин Б.Н. Исследование статической и акустической выносливости клееных
сотовых конструкций / Труды научно-технической конференции по выносливости и ресурсу авиационных конструкций. 1976.
4. Швечков Е.И., Трунин Ю.П., Чернов Ю.Г. Циклическая долговечность клееных панелей с сотовым заполнителем // Авиационная промышленность. 1984. № 11. С. 3-5.
REFERENCES
1. Bersudskiy V.Ye., Krysin V.N., Lesnykh N.I. Tekh-nologiya izgotovleniya sotovykh aviatsionnykh kon-struktsiy. M.: Mashinostroyeniye, 1975. 295 s.
2. Krysin V.N. Sloistyye i kleyenyye konstruktsii v samo-letostroyenii. M.: Mashinostroyeniye, 1980. 228 s.
3. Shvechkov Ye.I., Red'kin B.N. Issledovaniye sta-ticheskoy i akusticheskoy vynoslivosti kleyenykh so-
tovykh konstruktsiy / Trudy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii po vynoslivosti i resursu aviatsionnykh konstruktsiy. 1976. 4. Shvechkov Ye.I., Trunin Yu.P., Chernov Yu.G.
Tsiklicheskaya dolgovechnost' kleyenykh paneley s sotovym zapolnitelem // Aviatsionnaya promyshlen-nost'. 1984. № 11. S. 3-5.
