Астапов Н.С.   Демешкин А.Г.   Корнев В.М.  

Прогнозирование разрушения клеевой прослойки

Reporter: Астапов Н.С.

Исследуется прочность клеевого соединения, имеющего трещиноподобный дефект в клеевой прослойке. Прочность композита зависит от наличия в клеевом соединении концентраторов напряжений. Концентраторами могут быть пустоты, пузыри, возникающие из-за неравномерной усадки клея при отверждении. Незначительное изменение технологии склеивания, например, предварительной подготовки склеиваемых поверхностей, режима полимеризации клея, толщины клеевого слоя, температуры, давления, влажности окружающей среды приводит к заметному разбросу значений прочности склеенного композита.
В натурных экспериментах оценивается прочность трехслойных образцов в зависимости от геометрических размеров (толщины и длины) клеевого шва. Натурные эксперименты подтвердили, что предел прочности эпоксидной смолы в монообразце меньше предела прочности клеевой прослойки из той же смолы в трехслойном композитном образце. Нагрузка, разрушающая композитный образец, в основном возрастает с увеличением площади нанесенного клея. Однако при возрастании толщины клеевой прослойки, разрушающая нагрузка сначала возрастает, затем, достигнув максимума, убывает. В проведенных экспериментах оптимальная толщина клеевого слоя оказалась одной и той же независимо от площади его нанесения.
При аналитическом моделировании клеевое сочленение считается трехслойным структурированным композитом, в котором прямолинейная трещина расположена параллельно узкой плоской прослойке. В условиях плоской деформации рассматриваются материалы с регулярной структурой, которые имеют хрупкий или квазихрупкий тип разрушения. Под действием растяжения, приложенного на бесконечности по нормали к клеевой прослойке, реализуется первая мода разрушения. Использование аналитической модели для описания разрушения клееных композитных образцов выявило чувствительность модели к геометрии образцов. Особенно сильно это проявилось при вычислении модельного параметра, характеризующего линейный размер структуры клея. Однако по результатам расчетов можно сделать заключение, что использование структурных формул в целом дает удовлетворительное предсказание разрушающей нагрузки в зависимости от длины исходной трещины. Таким образом, рассматриваемая аналитическая модель позволяет уменьшить количество натурных испытаний для прогнозирования разрушающей нагрузки.