Повышение жесткости нахлесточных клеемеханических соединений, армированных самонарезающими винтами

Abstract

Рассмотрен метод повышения жесткости нахлесточных клеемеханических соединений стеклопластика и металла с использованием армирования в трансверсальном направлении самонарезающими винтами. Суть метода – заполнение зазоров между резьбовым элементом и стенкой отверстия полимером (эпоксидной смолой холодного отверждения). Это приводит к залечиванию микротрещин, возникающих в композитном материале после вворачивания самонарезающего винта и увеличению эффективной площади контакта винтов и соединяемых деталей. Стеклопластик исследуемых образцов соединений получен методом контактного формования на основе полиэфирной смолы и стекломата плотностью 300 г/м2, стальные пластины – из горячекатаного листа марки Ст3пс. Клеевой слой толщиной 3 мм – полиуретановый конструкционный клей-герметик. Армирующие трансверсальные элементы – стальные самонарезающие винты диаметром 2,5 мм. Испытания на циклическое растяжение-сжатие в продольном направлении проведены для 15 исходных и 15 модифицированных образцов (по 5 на каждом из 3 уровней нагрузки: 500, 600 и 700 Н). Условием достижения предельного состояния было принято: для исходных образцов – увеличение их податливости на 30 % по сравнению с начальным состоянием; для модифицированных образцов – достижение той же податливости, что у исходных образцов. Результаты испытаний показали, что в среднем модифицированные образцы демонстрируют на 35 % большую эквивалентную жесткость (отношение размаха нагрузки к размаху петли гистерезиса диаграммы испытаний), чем необработанные. При этом для обоих типов образцов темпы снижения жесткости соединения монотонно уменьшаются, оценки показывают, что стабилизация процесса деформирования образцов возможна после нескольких сотен циклов. The paper discusses the method of stiffening of single-lap hybrid joints of glass-fiber reinforced plastic and metal adherents with transversal reinforcement by self-tapped screws. The method uses a filling of gaps between screw and hole-wall by room-hardened epoxy resin. The healing results to stiffening of joint due to the growing of element-adherent interaction area and the reduction of residual damages of GFRP, which occurred after a screw mounting process. Glass-fiber reinforced plastic adherent was made of polyester resin and glass mat with surface density of 300 g/m2; metal adherent was made of hot-rolled sheet of mild steel. Adhesive with thickness of 3 mm is low-modulus polyurethane composition. Steel selftapped screws with diameter of 2.5 mm were used as reinforce elements. Cyclic longitudinal tension-compression tests were performed for 15 original and 15 modified specimens (by 5 specimens for each one of 3 loading levels: ±500, ±600 and ±700 N). The growth of mechanical compliance for more than 30 % in comparing with initial condition was accepted as limit condition for original specimens; for modified specimens this condition formulated as the growth of mechanical compliance up to the level of original specimens. Modified specimens had equivalent stiffness (the ratio between total amplitudes of load and hysteresis loop of specimen test diagram) higher than non-modified by an average 35 %. Also the both types of specimens demonstrated the slow monotonic stiffness reduction. The estimation of stiffness reduction slope shows that a stabilization of the deformation process will appear after a few hundred cycles.