Курс Лекций по Бабушкину

8.7.САМОЗАКЛИНИВАЮЩИЕСЯ СОЕДИНЕНИЯ

Вместах соединения изделий из композитов происходит ослабление прочностных свойств материалов за счет дополнительных концентраторов напряжений вблизи отверстий, проточек, резьбы. Выше, на рис. 8.2, было показано конструктивное решение, позволяющее увеличить прочность соединения за счет использования эксплуатационной нагрузки. В авиастроении нашли применение аналогичные конструкторские решения, позволяющие использовать значительные эксплуатационные нагрузки для увеличения прочности соединения. В основу конструкторских решений положено требование обеспечения сжимающих напряжений между элементарными слоями композиционного материала. При увеличении нагрузки на соединение сжимающие напряжения должны возрастать и как следствие - увеличивать его прочность и несущую способность. Примеры самозаклинивающихся соединений показаны на рис. 8.6 [5]. Как видно на рисунках, заклинивающиеся профили располагают на конических сопрягаемых поверхностях. Это позволяет равномернее распределить нагрузки по толщине детали из композиционного материала. Специальное профилирование заклинивающихся поверхностей позволяет равномерно распределять нагрузки по длине соединения.

В зависимости от характера нагружения и конструкции опорных элементов самозаклинивающиеся соединения могут быть различными. На рис. 8.6 представлено разборное самозаклинивающееся соединение труб из полимерного композиционного материала, которые эксплуатируются при наличии внутреннего давления. Конические поверхности Т-Т, снабжены специальными заклинивающимися канавками, которые могут быть спиральными (рис. 8.6, а) или кольцевыми (рис. 8.6, б). Угол наклона самозаклинивающегося профиля может быть неизменным по всей длине, или изменяться по заданному закону, а самозаклинивающиеся профили располагаться асимметрично (рис. 8.6, а) и симметрично (рис. 8.6, б). В соединении используются две металлические обоймы (2 и 3), которые с помощью днища образуют единую силовую конструкцию. При эксплуатации соединения под действием давления происходит равномерное распределение нагрузки между обоймами. При этом труба из композиционного материала сдавливается с усилиями, которые возрастают при увеличении давления. При выполнении обойм со спиральными поверхностями конструкция собирается путем свинчивания.

.В случае использования кольцевых конических поверхностей обоймы делаются разъемными.

8.8.СШИВНЫЕ И ИГОЛЬЧАТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

При соединении тонкостенных деталей из композиционных полимерных материалов важным фактором является равномерное распределение нагрузки в зоне соединения. В тех случаях когда клеевые соединения не обеспечивают достаточной прочности, а механическое крепление с помощью болтов и заклепок значительно

ослабляет конструкцию, могут быть применены сшивные и игольчатые соединения. Прочность таких соединений близка к прочности материала скрепляемых деталей, а их долговечность может превышать долговечность болтовых соединений (на примере фактических данных) до 18 раз [5].

8.9.КОМБИНИРОВАННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

К комбинированным относятся неразъемные соединения. Они совмещают клеевые и механические соединения (клееклепаные, клеесшивные, клееигольчатые, клееболтовые, клеерезьбовые). Такие соединения выдерживают большие нагрузки, одновременно распределяя их по всей контактируемой площади сопрягаемых деталей. Они позволяют полностью использовать несущую способность композиционного материала, снижая влияние концентраторов напряжений в зоне механического крепления.

Особую группу комбинированных соединений составляют фланцы, заформованные в различные оболочки и трубы, заформо-ванные фитинги и соединительные втулки [6]. Такие соединения рассчитаны на передачу больших сосредоточенных нагрузок от металлических ответных изделий к композиционному материалу.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Введение 1 1.1 Цели и задачи курса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………….1

1.2 КМ: общая характеристика, состав и классификация . . . . . . . . . . . . . . . ……………1

1.3 Экономическая эффективность КМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………….3 1.4 Общая характеристика компонентов КМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………..3 1.5 Характеристика конструкционных КМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………..4

2 Основы производства волокон …………………………………………………………...5 2.1 Методы получения и свойства армирующих стекловолокон . . . . . . . . . . . . ………...5 2.1.1 Состав стекла, прим. при производстве стекловолокон . . . . . . . . . . ………………5

2.1.2 Свойства стекловолокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………...5

2.1.3 Основные физико-технические характеристики стекловолокон . . . . . . …………..6

2.1.4 Высокосиликатные и кварцевые волокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………...6 2.2 Виды армирующих элементов систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………6 2.2.1 Стекловолоконные ровенги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………..6 2.2.2 Ткани . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………………….6

2.2.3 Стекловолоконные маты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………...7

2.3 Волокна, используемые для армирования металлокомпозитов . . . . . . . . . . ………...8

2.3.1 Стальная проволока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………………...8

2.3.2 Вольфрамовые и молибденовые проволоки . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………….9

2.3.3 Бериллиевая проволока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………….9 2.3.4 Волокна B, SiC и борсика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………………9 2.3.5 Нитевидные кристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………………10

3 Конструкционные КМ ……………………………………………………………………..11 3.1 Типы матриц в производстве КМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………...11 3.2 Полимерные матрицы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………….11 3.2.1 Термопластичные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………..12 3.2.2 Термореактивные полимеры (олигомеры) . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………13

3.2.3 Технологические особенности полимерных связующих . . . . . . . . . . ……………….13 3.2.4 Термостойкие полимерные матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………14 3.2.5 Свойства отвержденных полимерных матриц . . . . . . . . . . . . . . . . …………………...14

3.3 Углеродные матрицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………...15

3.3.1 Особенности свойств углеродных материалов и классификация углерод-

ных матриц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………………………15

3.3.2 Физико-механические свойства коксов, получаемых из смол различных марок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………………………….18

3.3.3 Пироуглеродная матрица . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………………18 3.3.4 Комбинированная матрица . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………………...19 3.3.5 Модифицированная углеродная матрица . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………20

3.4 КМ на металлической матрице . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………21

3.4.1 Общая характеристика и классификация методов получения МКМ . . . …………….21

3.4.2 Твердофазные методы получения МКМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………...22 3.4.3 Жидкофазные методы получения МКМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………23

3.4.4 Производство МКМ методами осаждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………..23

4 Межфазное взаимодействие КМ ……………………………………………………………25

4.1 Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………...25 4.2 Виды межфазного взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………….25

4.3 Типы связи между компонентами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………………….26

_____________________________________________________________________________

5. Методы производства изделий