CC BY
45
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2012, том 55, №9_
ФИЗИКА
УДК 539.4.01-019+534.87
А.А.Абдуманонов , Ш.Ш.Азимов, З.Н.Юсупов , В.Н.Петухов, З.А.Абдуманонов
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОЦИКЛОВ НА ПРОЦЕСС РАЗРУШЕНИЯ АДГЕЗИОННОГО
КОНТАКТА
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан, Худжандский научный центр АН Республики Таджикистан
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан ХХ.Муминовым 30.01.2012 г.)
В работе с привлечением метода акустической эмиссии анализируется процесс разрушения адгезионного контакта кожа-кожа. Сравнение параметров сигналов акустической эмиссии, зарегистрированных при активном деформировании образцов в исходном состоянии и после термоцикли-рования, показывает, что повреждения на границе раздела, вызванные действием термоциклов, способствуют торможению процесса разрушения. Это приводит к существенному повышению прочности и вязкости разрушения адгезионного контакта.
Ключевые слова: адгезионный контакт кожа-кожа - термоцикл - адгезионная прочность - акустическая эмиссия - вязкость разрушения.
Довольно часто срок службы механизмов, машин и изделий зависит от прочности и долговечности адгезионного контакта (АК) между частями конструкции. Благодаря технологичности АК и появлению новых высококачественных адгезивов клеевое соединение элементов конструкции всё шире применяется в производстве высокопрочных изделий и механизмов [1,2]. Однако вопросы влияния внешних и эксплуатационных факторов на длительную прочность и процессы разрушения АК кожа-кожа, кожа-металл, резина-пластмасса и т.п. систематически не исследованы. Имеющиеся литературные данные из-за разрозненности материалов и условий экспериментов не позволяют их сопоставить и сделать общие выводы.
В работе поставлена задача исследования влияния термоциклов на особенности разрушения АК кожа-кожа. При этом анализ процесса разрушения проведён с использованием метода акустической эмиссии.
Для приготовления испытуемого образца полоска из натуральной кожи размером 40х15 мм приклеивалась к полоске из той же кожи, но размером 20х60 мм, которая заранее была наклеена на поверхность стальной пластины эпоксидным клеем марки ЭД-20. Условия приготовления адгезионного контакта кожа-кожа с применением полиуретанового клея Десмокол детально описаны в [3]. Площадь кожаной подложки подобрана таким образом, чтобы при нагружении образца разрушение происходило только по адгезионному контакту кожа-кожа, а не по контакту кожа-металл (рис.1).
Адрес для корреспонденции: Азимов Шавкат Шукурович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: sazimov@tajik.net; Абдуманонов Абдуали. 735714, Республика Таджикистан, г. Худжанд, Восточная промзона, Худжандский научный центр АН РТ. E-mail: rustamv1972@mail.ru
Исследование АК кожа-металл представляет собой отдельный интерес, но не является целью данной работы.
Образцы испытывались как в исходном состоянии, так и после термоциклирования в режиме 25°С ^ 50°С (10 мин) ^ 25°С (10 мин). Опыты проводились при комнатной температуре с постоянной скоростью нагружения (F'~0.10 Н/с). Испытанию подвергались образцы, прошедшие 0, 15, 30 и 50 термоциклов.
Запись сигналов акустической эмиссии (АЭ) производилась системой, состоящей из двухка-нальной платы PCI-2 производства фирмы Physical Acoustics Corporation (РАС), размещённой в персональном компьютере Пентиум 4. Подробные характеристики системы регистрации АЭ приведены в [4]. В данном случае была установлена полоса пропускания тракта 100-1000 кГц. Регистрировались следующие параметры: амплитуда, общий счёт, время прихода сигналов и др. Использовался пьезо-преобразователь R151-AST со встроенным предусилителем 40 дБ. Экспериментально подобранный амплитудный порог, превышающий уровень собственных шумов системы и шумов нагружения, составлял от 22 до 30 дБ. Акустическая эмиссия непрерывно регистрировалась от начала нагружения до момента полного разрушения адгезионного контакта.
Сигналы АЭ возникают при деформировании твёрдых тел в результате дискретных энергетических преобразований. Сброс энергии упругой деформации при взрывообразном образовании микротрещин вызывает упругие волны [5]. Метод АЭ основан на регистрации и анализе параметров указанных сигналов [6,7]. На рис.2 приведены примеры амплитудно-временных зависимостей сигналов АЭ в ходе нагружения адгезионного контакта кожа-кожа в исходном состоянии (а) и после 30 термоциклов (б). Каждая точка на графике соответствует одному уникальному событию АЭ с определённой амплитудой и временем регистрации. Можно видеть (рис.2а), что АЭ сигналы регистрируются уже на раннем этапе деформирования контакта, но их число в начале деформирования невелико, так как вначале образец деформируется упруго. Начиная примерно с 80 секунды Н) проявляется активное трещинообразование в АК. При этом наряду с большим числом низкоамплитудных сигна-
АЭ датчик
Подпорка, резина
Рис. 1. Схема эксперимента.
лов регистрируется небольшое число сигналов с большой амплитудой. Далее интенсивность трещи-нообразования остаётся почти постоянной до ~280 секунды (Б~28 Н). На последнем этапе деформирования обнаруживается нарастание числа высокоамплитудных сигналов.
Рис.2. Зависимость амплитуды (энергии) сигналов АЭ от времени нагружения образца АК кожа-кожа в исходном состоянии (а) и после тридцати термоциклов (б).
На рис.За эти же результаты приведены в координатах «время-амплитуда-число сигналов». В таком ракурсе более наглядмо представляется амплитудно-временная зависимость сигналов АЭ. Так, видно, что если на начальных этапах деформирования подавляющее количество сигналов имеет среднюю и низкую амплитуду, то в конце жизни образца на фоне большого числа низкоамплитудных сигналов происходит рост числа высокоамплитудных сигналов.
Сравнение результатов АЭ данных, полученных при деформировании образцов в исходном состоянии, с такими же образцами, прошедшими термоциклирование (2б, Зб), показывает, что, во-первых, значительно возрастает общее число сигналов АЭ. Так, если общее число так называемых, событий АЭ для исходного образца составляет 3905, то для термоциклированного образца оно составляет 5979. При этом совокупной энергии сигналов АЭ в исходных образцах выделяется гораздо меньше, чем в образцах, подвергнутых термоциклированию. Во-вторых, «звучание» в термоциклиро-ванных образцах (трещинообразование) начинается уже в начале процесса деформирования, так как в результате термоциклов на границе раздела кожа-кожа образуется дефектная структура. Это также приводит к тому, что время деформирования, или «живучесть» термоциклированных образцов, по
сравнению с исходными образцами значительно возрастает (рис.3). Возрастание времени разрушения АК, подвергнутых термоциклированию, по сравнению с исходными образцами при одинаковой скорости деформирования означает снижение скорости разрушения «повреждённых» образцов. Увеличение числа термоциклов до 50 приводит к ещё большим различиям в поведении образцов.
Причиной «торможения» процесса разрушения образцов являются дефекты (микротрещины), которые возникают в АК в результате термоциклирования. Вновь образующиеся микротрещины, сталкиваясь с имеющимися дефектами, быстро затупляются, и зачастую происходит их остановка. Это приводит к возрастанию вязкости разрушения адгезионного контакта. Отсюда следует достаточно нетривиальный вывод: сам факт накопления дефектов в теле никак не может быть аргументом приближения катастрофического разрушения. Переход от накопления микроразрушений к макроразрушению (разделению образца на части) начинается там и тогда, когда в данном микрообъёме выделившаяся энергия упругой деформации не может быть диссипирована окружающим материалом. На последнем этапе, то есть за секунды до макроразрушения, отмечается сходство в поведении исходных и термоциклированных образцов, которое выражается в появлении сигналов АЭ максимальных амплитуд. Это и свидетельствует о повышенном выделении энергии упругой деформации, ведущем к макроразрушению образца.
Рис.3. Зависимость числа и амплитуды сигналов от времени нагружения образца с адгезионным контактом кожа-кожа в исходном состоянии (а) и после термоциклирования (б).
Поступило 01.02. 2012 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ли Л.Х. Адгезивы и адгезионные соединения. - М.: Мир, 1988, 226 с.
2. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. - М.: Химия, 1974, 392 с.
3. Абдуманонов А., Юсупов З.Н., Каримов С.Н. - ДАН РТ, 2009, т. 52, №11, с.861-865.
4. Абдуманонов А., Азимов Ш.Ш. и др. - ДАН РТ, 2010, т. 53, №5, с.353-357.
5. Leksowskij A.M., Baskin B.L. и др. - Solid State Phenomena, 2008, v.137, pp. 9-14.
6. Кулешова Е.А. и др. - Акустическая эмиссия материалов и конструкций. - Ростов-на-Дону: Изд. РГУ, 1989, с. 169-180.
7. 7. Лексовский А.М. и др. - Акустическая эмиссия материалов и конструкций.- Ростов-на-Дону: Изд. РГУ, 1989, с. 180-187.
А.А.Абдуманонов*, Ш.Ш.Азимов, З.Н.Юсупов*, В.Н.Петухов, З.А.Абдуманонов*
ТАЪСИРИ ТЕРМОСИКЛХО БА РАВАНДИ ВАЙРОНШАВИИ КОНТАКТИ
АДГЕЗИОНЙ
Институти физикаю техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон, *Маркази илмии Хуцанд, Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола бо истифодаи методи акустоэмиссионй раванди вайроншавии контакти ад-гезионии чарм-чарм тахлил шудааст. Зимни мукоисаи мушаххасахои сигналхои АЭ, ки хднгоми деформатсияи намунахо дар холати ибтидой ва пас аз термосикл ба кайд гирифта мешавад, ни-шон дода шудааст, ки нуксонхои дар сохаи расиш дар натичаи термосикл ба вучудоянда ба суст намудани суръати вайроншавй, афзудани мустахкамй ва часпакии вайроншавии контакти адгезионй меоранд.
Калима^ои калиди: контакти адгезионии чарм-чарм - термосикл - мустаукамии адгезиони -эмиссияи акустики - часпакии вайроншави.
A.A.Abdumanonov*, Sh.Sh.Azimov, Z.N.Yusupov*, V.N.Petukhov, Z.A.Abdumanonov* THE INFLUENCE OF THERMOCYCLES UPON THE PROCESS OF ADHESIVE
CONTACT DESTRUCTION
S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Science of the Republic Tajikistan,
Khujand Scientific Centre, Academy of Science of the Republic Tajikistan Acoustic emission method (AE) has been applied to study the fracture of leather-leather adhesive contact (AC) under the active loading. AE caused by cracks formation and growth inside the adhesive layer through the specimen deformation. The thermo cycling of AC leads to micro damages in adhesive layer that decelerate the fracture process. In result the thermo cycled AC "sounds" more actively, but lives longer due to the fracture toughness rise.
Key words: leather-leather adhesive contact - thermocycle - adhesive strength -acoustic emission - fracture toughness.
