КРЕПЕЖНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СЛОИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОТКАНЕЙ И МАТРИЦ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ЧАСТЯМИ КОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для соединения деталей из слоистых (ламинатных) полимерных композиционных материалов (на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол) с металлическими частями конструкций, без нарушения целостности волокон основы композиционного материала.
Известен крепежный, элемент для соединения деталей из слоистых полимерных композиционных материалов на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол с металлическими частями конструкции [1], который выполнен в виде металлического цилиндрического штифта (иглы). Недостатком данного технического решения является сползание полимерного композиционного материала с крепежного элемента при его вырыве из тела детали. Прочность такого соединения недостаточно высока и определяется в основном адгезионной составляющей.
Известны крепежные элементы для соединения деталей из слоистых полимерных композиционных материалов на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол с металлическими частями конструкции [2], которые выполнены в виде металлических стержней с различными наконечниками: игольчатым, треугольным пластинчатым и лопатообразным пластинчатым. Недостатками данных технических решений являются: сползание полимерного композиционного материала с крепежного элемента при его вырыве из тела детали; наличие резьбы на стержне; расслоение композиционного материала при вырыве крепежного элемента. Прочность такого соединения недостаточно высока и определяется в основном адгезионной составляющей. На металлическом стержне крепежных элементов нарезана резьба (для крепления в гнездах металлических пластин), что увеличивает трудоемкость изготовления крепежного элемента.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является крепежный элемент для соединения деталей из слоистых полимерных композиционных материалов на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол с металлическими частями конструкции [3], который выполнен в виде цилиндрического штифта с наконечником лопатообразной формы с утолщенными плечиками. Недостатками данного технического решения являются: образование значительной нерегулярной зоны композиционного материала с преобладанием синтетической смолы в местах внутреннего перехода от пластины к утолщенным краям расширяющейся части законцовки; наличие острых углов при переходе от расширяющейся (утолщенной) части на сужающуюся часть лопатообразной законцовки, являющихся концентраторами напряжений, что вызывает зарождение микротрещин в матрице и нарушение волокон основы композиционного материала, снижает прочность соединения, усложняет технологию изготовления крепежного элемента.
Задача полезной модели - повышение прочности соединения и упрощение технологии изготовления крепежного элемента.
Поставленная задача достигается тем, что: переход от расширяющейся (утолщенной) части на сужающуюся часть копьеобразной законцовки оформлен радиусом; внутренние углы между пластиной расширяющейся части копьеобразной законцовки и ее утолщенными краями выполнены на основе радиусного перехода; остальная часть крепежного элемента выполнена в виде цилиндрического штифта.
На фиг. 1 изображен крепежный элемент;
На фиг. 2 изображено сечение А-А фиг. 1.
На фиг. 3 изображено сечение Б-Б фиг. 1.
Крепежный элемент для соединения деталей из слоистых полимерных композиционных материалов на основе стеклотканей и матриц из синтетических смол с металлическими частями конструкции представляет собой цилиндрический штифт, переходящий с одного конца в копьеобразную законцовку, состоящую из расширяющейся (утолщенной) и сужающейся (заостренной) частей, расширяющаяся (утолщенная) часть примыкает к цилиндрической части крепежного элемента. Переход от расширяющейся (утолщенной) части на сужающуюся часть копьеобразной законцовки оформлен радиусом R. Внутренние углы между пластиной расширяющейся части копьеобразной законцовки и ее утолщенными краями выполнены на основе радиусного перехода r.
Применение предложенного технического решения позволяет: уменьшить сползание полимерного композиционного материала при вырыве крепежного элемента за счет утолщенной части; уменьшить нерегулярную зону композиционного материала с преобладанием синтетической смолы в местах перехода пластины законцовки в расширяющуюся (утолщенную) часть; уменьшить вероятность нарушения целостности волокон основы композиционного материала и возникновения микротрещин в матрице при вибрационных нагрузках в местах перехода от расширяющейся (утолщенной) части на сужающуюся часть копьеобразной законцовки. Повышение прочности соединения достигается за счет увеличения площади контакта тела крепежного элементам композиционным материалом в зоне утолщенной части копьеобразной законцовки и определяется не только адгезионной составляющей, но и податливостью композиционного материала. Трудоемкость изготовления уменьшается за счет исключения операций, связанных с нарезанием резьбы на цилиндрической части крепежного элемента.
Применение предложенного технического решения позволяет упростить технологию изготовления крепежного элемента.
Техническим результатом данного решения является уменьшение вероятности нарушения целостности волокон основы композиционного материала и возникновения микротрещин в матрице при вибрационных нагрузках в местах перехода от расширяющейся части на сужающуюся часть копьеобразной законцовки.
Источники информации
1. В2 8455074 US. Metal/composite joint with selective interlaminar reinforcement / Steven P. Wanthal / The Boeing Company. №019910/12. Filed. 25.01.2008.
2. Астахов, M.B. Экспериментальное исследование прочности соединений «сталь-композит» / М.В. Астахов, Т.В. Таганцев // Труды МГТУ «Математическое моделирование сложных технических систем». - М,: Изд - во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - №593. - С. 125-130
3. Сорокина, И.И. Исследование влияния формы крепежного элемента на прочность соединения «металл-композит» [Электронный ресурс] / И.И. Сорокина, М.В. Астахов // Наука и образование: электронное научно-техническое Издание. - 2012. - №02. URL: http://techhomag.edu.ru/doc/308514.html. (дата обращения 30 сентября 2014).