Снижение концентрации напряжений в клеевых соединениях

Фактически для всех приведенных в табл. 4.2 схем характер-ла концентрация напряжений, в большей степени касательных, вследствие различия в деформационных свойствах подложки и клея. Концентрация нормальных напряжений связана с неравномерностью толщины клеевого шва, внецентренным нагружением (вследствие перекоса) и другими дефектами, которых можно избежать. Концентрация касательных напряжений является почти неизбежным фактом. Для схем , а—в касательные напряжения в образцах распределяются неравномерно (см. гл. 3), причем увеличение диаметра образца ведет к снижению влияния концентрации напряжений. Максимальное значение касательных напряжений существенно зависит от величины ([х — коэффициент Пуассона, Е — модуль упругости) клея и подложки и растет с увеличением этого отношения. Касательные напряжения, даже если они не появляются при нагружении, могут возникать при изменении температуры или при усадке [32]. Величина ц/ для соединений резины с металлом (ГОСТ 209—75) значительно больше, чем для соединений металл — металл, поэтому в этих соединениях концентрация касательных напряжений велика. Все это определяет большие различия в результатах испытаний клеевых соединений на отрыв, полученных различными авторами. [c.120]

Снижение концентрации напряжений в клеевых соединениях [c.144]

Несмотря на очевидное снижение концентрации напряжений около сварной точки, приводящее к значительному увеличению предела усталости клеесварного соединения за счет перераспределения нагрузки на клеевую прослойку, разрушение клеесварных соединений с однорядным швом происходит в зоне термического влияния сварной точки. В однорядном клеесварном соединении ослабленная зона клеевой прослойки, испытывающая наиболее опасные напряжения неравномерного отрыва, распространяется почти на всю площадь нахлестки. [c.215]

До настоящего времени распространено мнение, что любое изменение свойств клеевых соединений при их длительной эксплуатации связано со старением, под которым обычно понимают деструктивные процессы [5а]. Однако, например, продолжающееся во времени структурирование клеевого шва ведет к снижению релаксационной способности соединений, что усиливает отрицательную роль остаточных напряжений и повышает концентрацию напряжений в соединениях большинства типов. И в том, и в другом случае прочность соединения снижается. [c.10]

Несмотря на очевидное снижение концентрации напряжений около сварной точки, приводящее к значительному увеличению предела усталости клеесварного соединения за счет перераспределения нагрузки на клеевую прослойку, разрушение клеесварных соединений с однорядным швом происходит в зоне термического влияния сварной точки. В однорядном клеесварном соединении ослабленная зона клеевой прослойки, испытывающая наиболее опасные для нее напряжения неравномерного отрыва, распространяется почти на всю площадь нахлестки. Клеесварные соединения внахлестку примерно в 2 раза выносливее, чем сварные, а клеесварные, выполненные встык с жесткой накладкой, на 45—60% выносливее сварных. Прочность клеесварного соединения при [c.342]

Способы снижения концентрации напряжений основаны на изменении жесткости клеевой прослойки или соединяемых элементов по длине соединения [309]. Этого можно добиться либо увеличивая по концам нахлестки эластичность клея или его толщину, либо уменьшая по длине соединения поперечное сечение концов соединяемых элементов, например путем их срезания. Так, в нахлесточных соединениях жестких стеклопластиков, имеющих у кромок утолщенную клеевую прослойку, прочность на сдвиг при растяжении выше на 15—20% прочности соединений без утолщений. В работе [401] показано, что квадратичное увеличение толщины клеевой прослойки от середины к краю нахлестки может привести к повышению прочности соединения. Можно даже достигнуть равномерного распределения напряжений сдвига вдоль нахлестки. [c.246]

В составах для резинокордных систем карбоксильные, пиридиновые, нитрильные, аминные и эпоксидные группы дисперсий взаимодействуют с функциональными группами резорциноформальдегидной смолы. Поскольку отверждение смолы приводит к образованию пространственной сетки, то подвижность эластомера ограничивается. После достижения оптимальной степени взаимодействия функциональных групп смолы и полимера латекса прочность клеевых соединений может уменьшаться. Ограничение подвижности макромолекул эластомера снижает возможность образования связей в области контакта волокно—клей и клей— резина [137]. Таким образом, степень взаимодействия смолы и эластомера влияет на концентрацию межфазных связей и, следовательно, на прочность соединения. Данные о влиянии содержания смолы на прочность связи корда с резиной приведены на рис. 3.19. Чем выше концентрация реакционноспособных функциональных групп компонента клея, тем прочнее межфазные связи [138]. С целью снижения напряжений на границе раздела необходимо использовать латексы полимеров, отличающихся определенной степенью гетерогенности на молекулярном и глобулярном уровнях [138]. [c.121]

ЭТИХ данных следует, что прочность клеевых соединений мало за-висит от толщины шва [155, 156, 160]. Одной из причин проявления масштабного эффекта при чистом сдвиге является концентрация напряжений на склеиваемых поверхностях, причем увеличение класса чистоты поверхности способствует снижению коэффициента концентрации напряжений [161]. [c.75]

Многие авторы неправильно объясняют снижение прочности соединений при повышенных и пониженных температурах плохой тепло- и морозостойкостью клея. Снижение прочности может быть обусловлено влиянием формы образца. Действительно, если соединения испытывать на сдвиг при кручении (концентрация напряжений практически отсутствует), то в области отрицательных температур прочность не снижается, хотя в области высоких температур она подчас снижается больше, чем у образцов, склеенных внахлестку [91,. 92]. При равномерном отрыве большинство образцов также характеризуется известной концентрацией напряжений, что наряду с влиянием температурных напряжений приводит к более или менее ярко выраженному экстремальному характеру температурной зависимости теплостойкости соединений на некоторых клеях [94—95]. При увеличении концентрации напряжений экстремальный характер выражен более четко. Экстремальная зависимость прочности склеивания от температуры наблюдается не только при испытаниях на сдвиг (в том числе при ударе [96]), НОИ на раздир [96,97,98] и неравномер ый отрыв [95, 99] различных соединений полимеров, металлов с полимерами и т. д. Показательно, что температура, при которой наблюдается максимальное значение прочности, не зависит от характера разрушения клеевого шва. [c.148]

По мере увеличения размеров клеевого шва (рис. 6.1) снижение прочности склеивания в результате действия воды уменьшается. Было показано, что отношение е определяет водостойкость клеевых соединений металлов при испытаниях на сдвиг независимо от формы образца и, следовательно, концентрации напряжений. Между е и водостойкостью соединений, испытываемых на сдвиг при сжатии (плоских и трубчатых образцов) и сдвиг при растяжении, имеется линейная зависимость (см. рис. 6.1, б). Снижение прочности образцов, испытываемых на равномерный отрыв, с изменением размеров происходит при действии воды быстрее, чем при испытаниях на сдвиг при растяжении. Видимо, в последнем случае пластификация клея водой способствует перераспределению напряжений, что частично компенсирует ее расклинивающее действие. Следует учитывать, что в соединениях типа труба в трубе напряжения, возникающие при увлажнении, как правило, увеличивают прочность. [c.166]

Чувствительность к воде адгезионных связей для большого числа соединений различных материалов больше чувствительности когезионных связей. В частности, длительная прочность связующего в воде составляет до 80%, а прочность соединения стекловолокно— связующее — от 20 до 65% длительной прочности в сухом состоянии [12]. Как уже отмечалось, одной из причин этого являются остаточные напряжения, возникающие в соединении при отверждении. Они могут составлять 35% и более от кратковременной прочности [21], и в их присутствии адсорбционное действие воды резко усиливается. Концентрация напряжений у поверхности алюминия в соединениях на эпоксидных клеях ведет к возникновению микротрещин, по которым проникает вода [116]. Из других данных, основанных на изучении в электронном сканирующем микроскопе поверхности разрушения в воде клеевых соединений металлов, следует [58], что даже если магистральная трещина зарождается в клеевом шве, она при неравномерном отрыве неизбежно переходит на границу раздела. Вода вызывает сольволиз АЬОз и диффузию ионов АЮг в водную среду. По мере насыщения воды этими ионами идет высаживание А1(0Н)з и дальнейший сольволиз. Алифатические амины (отвердители эпоксидных клеев) диффундируют из клеевого шва и ускоряют этот процесс. Подобный процесс идет и в соединениях натриевосиликатного стекла. Сравнительно кратковременное увлажнение приводит к полной потере прочности соединений этого стекла на сополимере этилена с тетрафторэтиленом, тогда как прочность соединений пи-рекса снижается только вдвое [117]. О разрушении адгезионных связей в воде можно судить также по энергии отрыва полимера от стекловолокна, определяемой по прочности, и при наблюдении соединения в поляризованном свете [118]1 Время, требуемое для снижения энергии до минимального значения, зависит только от окружающей среды, а не от способа подготовки субстрата перед склеиванием. [c.191]

Прямыми экспериментами показано, что метод перемножения коэффициентов дает значение прочности, отличающееся от прочности клеевого соединения при совместном действии температуры и длительной нагрузки (табл. 8.1). При э том характерно, что разница между расчетными и экспериментальными данными уменьшается по мере снижения влияния концентрации напряжений (при повышении температуры и переходе от испытаний на сдвиг при растяжении к испытаниям на сдвиг при кручении) [2, 70]. Трудность использования указанного метода подтверждается также при исследованиях других гетерогенных систем — стеклопластиков и древесно-волокнистых плит [2, 71]. Следовательно, испытания долговечности клеевых соединений следует проводить в условиях, по возможности приближающихся к естественным. [c.240]

Сдвиг при кручении выделяется среди прочих видов сдвига тем, что при определенных условиях концентрация напряжений минимальна, а другие виды напряженного состояния практически не возникают. Это достигается при склеивании встык тонкостенных труб (рис. 1.6). Именно на таких образцах удается установить действительную прочность клеевого шва при сдвиге. Поэтому, хотя на практике такие соединения почти не применяются, их используют для определения ресурса работы клеев, причин снижения прочности клеевых соединений при действии эксплуатационных факторов. [c.11]

При проектировании клеевых соединений композиционных материалов с целью снижения концентрации напряжений в нахлесточных соединениях могут быть использованы комбинации клеев по краям нахлестки следует применять эластичный клей, а в середине—жесткий [46, 47, 73]. Для снижения концентрации напряжений в иахлесточном соединении иногда срезают некоторую часть, склеиваемого материала применение проточки на более жесткой трубе (например, металлической) в соединении на ус с трубой из композиционного материала позволяет существенно повысить прочность клеевого соединения при растяжении. Скашивание кромок более эластичного элемента (композиционного материала) менее эффективно [47]. [c.231]

Происходящая при отверждении и (или) охлаждении клеевой прослойки соответственно химич. и (или) термич. усадка полимерной основы клея обусловливает возникновение в клеевом шве остаточных напряжений. Следствие этого — снижение адгезионного взаи.модейст-вия и когезионной прочности прослойки. Под действием остаточных напряжений в клеевой прослойке и на границе ее контакта со склеиваемыми материалами могут образоваться трещины и полости, к-рые становятся центрами концентрации напряжений, снижающими механич. свойства соединения. Значительные усадки наблюдаются в случае С. композициями иа основе мономеров (см., напр.. Полиакриловые клеи) или олигомеров (полиэфирных смол, олигоэфиракрилатов, феноло- или моче-вино-формальдегидных смол и др.). При использовании клеев на основе линейных полимеров (папр., поливинил-ацеталей), макромолекулы к-рых обладают высокой гибкостью, большая усадка но вызывает значительных остаточных напряжений вследствие их релаксации. В общем случае с изменением степени отверждения меняются и релаксационные характеристики клеевой прослойки. Чем выше концентрация напряжений в клеевом шве, тем больше роль релаксационных процессов поэтому прочность соединения может достигать наибольшего значения при степени отверждения ниже максимальной. Оптимальными свойствами характеризуется клеевая прослойка, к-рая имеет не только высокую прочность, но и достаточную эластичность, обусловливаюгцую равномерное распределение напряжений. [c.206]

При правильном выборе клея прочность клеевых соединений композиционных материалов ограничивается межслойной прочностью самих материалов. Однако даже при одинаковом характере разрушения клеевых соединений композиционных материалов (по верхнему слою) может наблюдаться различная прочность при испытании на сдвиг. Например, при склеивании углепластика, изготовленного с применением эпоксифенолоани-линоформальдегидного связующего, разрушающее напряжение при сдвиге при 20 °С составляет И и 13,5 МПа соответственно для эпоксиполиамидного клея ВК-9 и фенолокаучукового ВК-13М. Это можно объяснить тем, что в образце, склеенном внахлест, при испытании появляется изгибающий момент и, кроме того, в клеевом соединении наблюдается концентрация напряжений, что приводит к снижению разрушающей нагрузки. Степень влияния изгиба на прочность клеевых соединений при [c.200]

Работоспособность клеевых соединений в процессе эксплуатации зависит также от равномерности толщины клеевого слоя. Наличие клеевых швов клиновидной или параболической формы приводит к снижению прочности соединений по сравнению с прочностью соединений, имеющих слой клея равномерной толщины. Снижение прочности клеевых швов связано с неравномерным распределением напряжений по площади склеивания. При клиновидной форме шва появляются высокие напряжения в местах с минимальной толщиной слоя клея (особенно на конце нахлестки). Интересные результаты получены для клеевого шва, имеющего параболическую форму с наибольшей толщиной у конца нахлестки. При такой форме соединения максимальные напряжения возникают в месте с минимальной толщиной клеевого шва, при этом чем больше разница в толщине клеевога слоя в центре и по краям соединения, тем выше концентрация напряжений в месте с наименьшей толщиной слоя клея. Как для клиновидного, так и для параболического соединения установлена типичная картина разрушения клеевого шва клей остается на той поверхности, которая подвергалась наибольшей деформации при получении соединения [404]. [c.238]

При получении клеевого соединения в результате испарения растворителя или отверждения клея, а также из-за различий в термических коэффициентах линейного расширения клея и склеиваемого материала происходит усадка клеевого слоя, вызывающая появление остаточных напряжений [174, с. 171]. Кроме того, в результате усадки в шве могут образоваться трещины и полости, которые становятся центрами концентрации напряжений и приводят к снижению показателей механических свойств клеевого соединения. Усадка и остаточные напряжения зависят от природы клея, конструктивных факторов (длины шва, толщины клеевой прослойки и др.), условий процесса склеивания. Значительные усадки наблюдаются при использовании в качестве клеев различных мономеров, например акрилатов, растворов ненасыщенных полиэфиров в реакционноспособных мономерах, олигоэфиракрилатов, а также таких низкомолекулярных смол, как фенолоформальде- [c.211]

Из этих данных следует, что хотя при испытаниях на сдвиг при кручении и обнаруживается зависимость прочности клеевых соединений от толщины шва, но она сравнительно невелика. Одной из причин проявления масштабного эффекта при чистом сдвиге является концентрация напряжений на склеиваемых поверхностях, причем увеличение класса чистоты поверхности способствует снижению коэффициента концентрации напряжений [81]. При определении зависимости от толщины модуля сдвига клеевых соединений при кручении было установлено, что в пределах толщины шва от 0,1 до 2,0 мм модуль имеет тенден- [c.67]

Действие отрыва можно проиллюстрировать возрастанием площади склеивания при испытании образцов, склеенных внахлест, в этом случае силы отрыва хотя минимальны, но все-таки присутствуют (рис. 19-9 и 19-10). Если применяются жесткие эпоксидные клеи, то увеличение длины клеевого слоя образцов ведет к уменьшению напряжений при разрушении. Следовательно, увеличение длины соединения до 25 мм дает значительно меньшее увеличение прочности, чем при длине 6 мм (данные приведены на рис. 19-11). С другой стороны, если применяются эластичные клеи, то напряжение отрыва распределяется по всей длине клеевого слоя и, следовательно, увеличение длины этого слоя ие ведет к снижению напряжений при разрушении (табл. 19-1). В этой таблице приведено влияние увеличения толщины клеевого слоя на концентрацию напряжений. Так как толщина клеевого слоя увеличивается, то расчетное напряжение (кгс1см ) уменшается. В более тонких образцах, видимо, происходит более равномерное распределение напряжений, чем в толстых. Таким образом, прочность клеевого слоя зависит от его эластичности, эластичности клеевых образцов и площади склеенного слоя, к которой приложены силы отрыва. [c.278]