Аналіз результатів випробувань на руйнування з’єднань метало-композитних закінцівок

Автор(и)

  • Ігор Тараненко Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського Харківський авіаційний інститут , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0001-9554-0162

DOI:

https://doi.org/10.20535/2521-1943.2024.8.4(103).313399

Ключові слова:

трансверсальні кріпильні елементи, з’єднання “метал-композит”, мікроштифти, клей, адгезія, випробування на розтягування

Анотація

Проблематика: При проектуванні високонавантажених з’єднань метало-композитних закінцівок агрегатів аерокосмічної техніки виникає проблема оцінки їх несучої здатності, перевірки адекватності створених математичних моделей розрахунку реальним результатам випробувань та вивчення залежності технології виробництва таких з’єднань на їх остаточну несучу здатність.

Мета: У якості мети дослідження обрано вивчення залежності несучої здатності з’єднань “метал-композит” від технології їх створення та оцінка процесу контролю якості комбінованих з’єднань з циліндричними трансверсальними мікроелементами та адгезійним зв’язком між з’єднувальними деталями.

Методика реалізації: У якості об’єкта дослідження розглядаються з’єднання пласкої металевої закінцівки з деталлю з вуглепластику за допомогою трансверсальних циліндричних штифтів та клею. Трансверсальні штифти різного діаметру впроваджені у пакет композиту. Розглядаються різні технологічні процеси підготовки поверхні металевої деталі та штифтів для подальшого склеювання з метою максимального підвищення адгезії між полімерним сполучним та металевими елементами з’єднання. Також для більш раціонального розподілу жорсткості та відповідних напружень у деталях металева закінцівка має змінну товщину за довжиною з’єднання.

Результати: У якості результатів дослідження оцінено теоретичне руйнівне навантаження з’єднань та порівняно з результатами експериментальних випробувань. Також рекомендовано технологічний процес підготовки поверхні металевої деталі та штифтів для подальшого з’єднання з композитною деталлю, який забезпечує максимальну адгезію між з’єднувальними деталями.

Зроблено висновок щодо діаметру штифтів та форми профільованої металевої деталі, які забезпечують максимальну несучу здатність з’єднання.

Проаналізовано типи руйнування з’єднань та зроблено висновки щодо змін у технології підготовки поверхонь, схеми розташування штифтів та вибору їх діаметру.

Висновки: У якості висновків сформульовано рекомендації щодо певної технології обробки поверхні металевої деталі, яка гарантує максимальну адгезію між металевою деталлю, штифтами та композитом та обрано актуальні процеси контролю якості з’єднань “метал-композит” з трансверсальними мікроелементами.

Посилання

  1. Ya. S. Karpov, Soyedineniya detaley i agregatov iz kompozitsionnykh materialov. Kharkov: KhAI, 2006, 359 p.
  2. I. Taranenko, “Application of erosion dimensional treatment methods for creation transversal fasteners in “metal-composite” joints”, Mechanics and Advanced Technologies, vol. 6, no. 3, рр. 269–276, 2022. DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2022.6.3.264786.
  3. A. Mirzaei, A. H. Darbandi and S. H. Taghavian, “Experimental investigation of the effect of adhesive-impregnated pins on the mechanical behavior of z-pinned lap shear joints”, Mechanics of Composite Materials, vol. 57, no. 5, pp. 975–988, 2021. DOI: https://doi.org/10.22364/mkm.57.5.12.
  4. Raul D. S. G. Campilho (ed.), Design of Adhesive Bonded Joints. Basel, Switzerland: MDPI, 2024, 240 p. DOI: https://doi.org/10.3390/books978-3-0365-9908-3.
  5. Raul D. S. G. Campilho, “Design of Adhesive Bonded Joints”, Processes, vol. 11, no. 12, p. 3369, 2023. DOI: https://doi.org/10.3390/pr11123369.
  6. L. D. C. Ramalho, I. J. Sánchez-Arce, D. C. Gonçalves, J. Belinha and R. D. S. G. Campilho, “Numerical analysis of the dynamic behaviour of adhesive joints: A review”, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 118, p. 103219, Oct. 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2022.103219.
  7. E. M. Petrie, “The fundamentals of adhesive joint design and construction”, Metal Finishing, vol. 106, no. 11, pp. 55–57, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/S0026-0576(08)80314-5.
  8. Structural Adhesives and NVH. Selector Guide. Available: https://dm.henkel-dam.com/is/content/henkel/GBS-4809.pdf.
  9. Structural bonding solutions. High performance adhesives. Available: https://industry.sika.com/dam/dms/global-industry/l/structural-bondingsolutionshighperformanceadhesives.pdf.
  10. M. K. Budzik, M. Wolfahrt, P. Reis, M. Kozłowski, J. Sena-Cruz, L. Papadakis et al., “Testing mechanical performance of adhesively bonded composite joints in engineering applications: an overview”, The Journal of Adhesion, vol. 98, no. 14, pp. 2133–2209, 2022. DOI: https://doi.org/10.1080/00218464.2021.1953479.
  11. Durability testing of adhesively bonded composites. Available: https://www.compositesworld.com/articles/durability-testing-of-adhesively-bonded-composites.
  12. A. Redmann, V. Damodaran, F. Tischer, P. Prabhakar and T. A. Osswald, “Evaluation of Single-Lap and Block Shear Test Methods in Adhesively Bonded Composite Joints”, Journal of Composites Science, vol. 5, no. 1, pp. 27, Jan. 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/jcs5010027.

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-26

Як цитувати

[1]
. І. Тараненко, «Аналіз результатів випробувань на руйнування з’єднань метало-композитних закінцівок», Mech. Adv. Technol., т. 8, вип. 4(103), с. 441–450, Груд 2024.

Номер

Том 8 № 4(103) (2024)

Розділ

Авіакосмічні системи та технології

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Ігор Тараненко

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.