Методика исследования докритического роста трещин в клеевых соединениях

Предлагаемая методика настройки параметров ПИД - регуляторов не требует специального вмешательства в процесс функционирования объекта, она позволяет получать статистические оценки параметров объекта и регулятора, контролируя тем самым точность идентификации объекта и настройки параметров регулятора, оператору предоставляется возможность вручную получать желаемое качество регулирования, увеличивая или уменьшая колебательность переходного процесса в системе. Список использованной литературы:

1. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования. / А.С. Клюев, А.Г. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарнов. Под ред. А.С. Клюева, 2-ое изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.- 368 с.

2. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления / под ред Н.Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им Баумана, 2000. - 736 с.

© И И. Коновалова, 2015

УДК 624.078.43

С.И. Корягин, д.т.н., профессор С.В. Буйлов, к.т.н., доцент Е.С. Минкова, к.п.н., доцент Институт транспорта и технического сервиса Балтийский федеральный университет им. И. Канта г. Калининград, Российская Федерация

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ДОКРИТИЧЕСКОГО РОСТА ТРЕЩИН В КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Аннотация

В статье приводится методика изучения докритического роста трещин в клеевых соединениях, приведены результаты исследования трещиностойкости после выдержки образцов в воде и на воздухе.

Ключевые слова клеевое соединение, напряжение, трещина, нагрузка.

Долговечность клеевого соединения должна прогнозироваться на основе механизмов разрушения. Анализ причин разрушения клеевых соединений показывает, что в большинстве случаев оно вызвано наличием конструктивных и технологических концентраторов напряжений, из-за которых в процессе эксплуатации развиваются трещины [1,2]. В правильно спроектированных и качественных клееных конструкциях слабое место располагается не по клею. Исключением из этого правила является разрушение под действием окружающей среды.

В соответствии с работами [3, 4] долговечность представляет собой сумму периодов зарождения и подрастания трещины до некоторого предельного размера, определяемого либо условием хрупкого разрушения, либо потерей какого-то технического свойства, например герметичности. Для количественного анализа необходимы характеристики сопротивления клеевого соединения разрушению на всех этапах: образование трещины, медленный рост, переход к хрупкому разрушению. [6]

В настоящей статье приводится методика и результаты исследования второго из указанных этапов разрушения, т.е. медленного роста трещины при действии длительной статической нагрузки, в том числе в условиях воздействия жидких сред.

Для исследования разрушения клеевых соединений широко используется двойной консольный образец, балки которого сужены под углом 7, 04° [7, 8]. Такая форма балок обеспечивает на некотором

участке образца слабую зависимость силы продвижения трещины, что упрощает испытания. Однако, как отмечено в работе [5], методы испытания такого образца длительной статистической нагрузкой слишком сложны для широкого использования. В связи с этим в испытаниях на докритическое разрушение предпочтение обычно отдают так называемым образцам постоянного смещения. Образцы представляют собой двойную консольную балку, расщепляемую клином или винтами. В этих образцах сила продвижения быстро убывает в процессе роста трещины [5, 7] - образцы удобны для определения пороговых значений силы продвижения трещины, при которых она останавливается, но при определении скорости расслаивания при заданном уровне силы продвижения возникают очевидные сложности.

Рисунок 1 - Двойной консольный образец: 1 - консольные балки; 2 - клеевой слой; форма несклеенных консольных балок

В наших исследованиях использовался образец, состоящий, так же, как и образцы, рассмотренные выше, из двух балок, соединенных исследуемым клеем. Балки имеют постоянное по длине поперечное сечение; несклеенные балки изогнуты (рис. 1) [9].

Рассмотрим процесс разрушения такого образца. Склеенный образец имеет потенциальную энергию

[10].

и=

'а Е1 у '

где I - длина образца; а - длина трещины; М - изгибающий момент; Е - модуль упругости материала консольных балок; I - момент инерции поперечного сечения консольной балки. Сила продвижения трещины:

* = -

где Ь - ширина образца. Учитывая известные соотношения:

М

К ~ а2г

ах2

где у - изгиб; R - радиус кривизны, получаем С/ = Е1/ЬЯ2.

Для образца с балками прямоугольного поперечного сечения С/ = Ек3/12Я2, где h - высота поперечного сечения балки.

Максимально допускаемая величина С/ определяется условием линейно-упругой деформации балок и в этом случае С1тах = ко3/3Е, где а — предел пропорциональности или предел упругости материала консольной балки в зависимости от того, что меньше.

Описанная методика была использована для исследования трещиностойкости клеевой композиции Спрут Плюс. Покрытия на основе композиции Спрут Плюс армированные стеклотканью, используются для восстановления несущей способности изношенного корпусно-емкостного оборудования без вывода его из эксплуатации.

Консольные балки образцов изготовлялись из стали Ст. 3. Предварительный изгиб создавался прокаткой балок через трехвалковый гибочный станок, при этом балка имела постоянные по длине радиус кривизны (за исключением концевых участков, которые использовались для инициирования трещины). Радиус кривизны определялся через величину прогиба. Остаточные напряжения в балках после гибки устранялись термообработкой. Перед склеиванием образца балки выпрямлялись с помощью тяги с винтовой нарезкой и кронштейнов.

Обработка поверхности состояла из очистки абразивным полотном и обезжиривания. Качество подготовки считалось удовлетворительным, если на поверхности удерживалась сплошная водяная пленка.

Склеивание осуществлялось следующим образом. Поверхности консольных балок покрывались клеем, на одну из балок укладывался слой стеклоткани, который прокатывался валиком до пропитки его клеем; затем консольные балки соединялись. Образец до испытаний выдерживался на воздухе десять суток. Трещины инициировались расклиниванием с двух концов образца, при этом в начале рабочих участков образец сжимался струбцинами. Для измерения смещения вершины трещины использовался микроскоп МИР-2.

Результаты испытаний на воздухе приведены на рис. 2. Имеет место значительный разброс экспериментальных данных. Кривые на рис. 2 и 3 проведены так, чтобы они преимущественно отражали верхний предел скорости продвижения трещины. На временной базе 2*106 с установлено существование минимальных величин С/, ниже которых трещина не продвигается. Точки, соответствующие нулевым скоростям, условно нанесены на горизонтальной оси. В образцах, испытанных при GI <2/^ы, обнаружено, что продвижение трещины начиналось через некоторое время после начала испытаний (здесь Gla — сила продвижения трещин в момент ее остановки при нестабильном разрушении в испытании возрастающей статической нагрузкой). При больших величинах Gl достаточно надежного фиксирования такого инкубационного периода не было. Часть образцов, испытанных при G^>0,8G^a, разрушалась сразу после снятия струбцин, либо трещина после некоторого медленного продвижения делала скачок на весь рабочий участок образца. Это указывает на наличие в клеевом слое зон с пониженной трещиностойкостью. При быстром прохождении трещины через образец эти зоны консольной балки накапливают кинетическую энергию, которая затем расходуется на его разрушение. Все испытанные на воздухе образцы разрушались когезионно.

С целью оценки влияния жидких сред на процесс разрушения образцы после определения скорости трещины на воздухе помещались в дистиллированную воду и в среду нефтепродуктов.

Результаты испытаний в нефтепродуктах приведены на рис. 2. Нефтепродукты оказывали слабое влияние на скорость продвижения трещины. Скорость несколько повышалась, причем это повышение более заметно при высоких значениях G^. Такое слабое влияние обусловлено отсутствием химического взаимодействия нефтепродуктов с клеем, а также высоким молекулярным весом нефтепродуктов, что препятствует их диффузии в клей. Повышение скорости трещины объясняется эффектом расклинивающего действия тонкого жидкого слоя, вызванного отличием значений термодинамического и химического потенциалов тонкого слоя от их значений для объемной фазы [1].

На рис. 3 приведены результаты испытаний образцов в воде. На графите (сплошная линия) можно выделить два характерных участка, границы которых проходят около 200 Дж/м2. Ниже этой величины воздействие воды приводит к повышению скорости продвижения трещины, выше - к снижению этой скорости. Примерно в этом же районе зафиксирован переход от когезионного к адгезионному характеру разрушения. Обратный переход от адгезионного к когезионному разрушению происходит при 300 Дж/м2.

При дальнейшем росте величины GI разница скоростей продвижения трещины на воздухе и в воде уменьшается. Характер разрушения клеевого соединения при GI выше 200 Дж/м2 качественно совпадает с известными испытаниями эпоксидных клеевых соединений [6] и, очевидно, объясняется теми же эффектами: вода, проникая в клей, оказывает пластифицирующее воздействие, в результате чего разрушение происходит при больших значениях G^. С ростом скорости продвижения трещины объем диффундирующей воды и соответственно ее влияние снижается, что и приводит к адгезионно-когезионному переходу. При GI менее 200 Дж/м2 скорость трещины мала и полимерный материал в районе вершины трещины подвергается воздействию воды и механических напряжений сравнительно большой период времени. Вероятно, такое длительное воздействие приводит к химическим изменениям в клее, что снижает его трещиностойкость.

На рис. 3 приведены результаты испытаний образцов в воде с предварительной выдержкой в воде и на воздухе. Образцы для этих испытаний изготовлялись следующим образом: на выпрямленную консольную балку наносилась клеевая композиция с армирующим материалом и производилась полимеризация клея.

Рисунок 2 - Скорость продвижения трещины на воздухе

й, /юн

а /мой ЯГ

Vfif

-Ох» j-1-1-

№ 200 300

Ю

т

200 Ж C.j Q*fM*

Рисунок 3 - Скорость продвижения трещины в воде с предварительной выдержкой на воздухе 10 дней

Половина консольной балки помещалась в воду, где выдерживалась 30 дней, затем наклеивалась вторая консольная балка, инициировались трещины и образец помещался в воду. Как видно из рис. 3, предварительная выдержка в воде снижает скорость продвижения трещин при высоких Gi (проявляется пластифицирующее действие воды) и не влияет на скорость продвижения трещины при низких.

Описанная методика испытаний, основанная на использовании для разрушения образца остаточных напряжений, возникающих при его сборке, позволяет так же, как и при использовании образца в виде двойной консольной балки, получить произвольно изменяющуюся, в том числе постоянную величину силы продвижения трещины. Отсутствие системы нагружения упрощает испытания в условиях воздействия активных сред, повышенных и пониженных температур и других подобных эксплуатационных факторов.

Результаты исследований могут быть использованы в инженерной практике при проектировании клееных изделий.

Список использованной литературы:

1. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.: Химия, 1977, - 352 с.

2. Кортен Х.Т. Механика разрушения композитов. - В кн.: Разрушение / Пер. с англ. Под ред. Ю.Н.Роботнова. - М.: Машиностроение, 1976, 7, ч. 1, с. 367-471.

3. Писаренко Г.С. О механической прочности материалов и элементов конструкций. - Пробл. прочности, 1984, № 1, с. 3-5.

4. Салганик Р.Л. Временные эффекты при хрупком разрушении. - Там же, 1971, № 2, с. 79-85.

5. Bascom W.D. Stress corrosion of structural adhesive bonds. - Adhesive Age, 1979, 22 N 4, p. 28-34.

6. Cherry B.W., Thomson K.W. The environmental fracture of adhesive joints. - Adhesion. 1980, 4, p.103-112

7. Kinloch A.J. Interiacial fracture mechanical aspects of adhesive bonded joints. - A review. - J. Adhesion, 1979, 10, N 3. p. 193-219.

8. Mostovoy S., Ripling E.J. Fracture tonghness of an epoxy system. - J. Appl. Polymer Sci., 1966. 10, N 9, p. 1351-1371.

9. Буйлов С.В., Корягин С.И. Способ испытания клеевого соединения на прочность. Авт. Св. СССР № 1529672, 1999.

10. Корягин С.И. Несущая способность композиционных материалов. - ГИПП «Янтарный сказ». -Калининград, 1996, с. 301

© С.И. Корягин, С В. Буйлов, Е С. Минкова, 2015

УДК 001

Д.А. Мизраки

студент 5 курса департамента прикладной математики Московский институт электроники и математики

Научный руководитель: В.С. Жданов профессор кафедры «Вычислительные системы и сети» Московский институт электроники и математики

Г. Москва, Российская Федерация

РАЗВИТИЕ МЕХАНИЗМА ЕЖЕДНЕВНЫХ ОТЧЕТОВ В 1С:ДОКУМЕНТООБОРОТ 8

«1С:Документооборот» - программное решение для автоматизации оборота документов и взаимодействия работников предприятия. Программный продукт «1С: Документооборот 8», разработанный на новой технологической платформе «1С:Предприятие 8.3» предназначен для автоматизации документооборота фирмы. «1С:Документооборот 8» позволяет упорядочить работу сотрудников с документами; сократить время поиска нужной информации и суммарное время коллективной обработки