Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности
Представлены и проанализированы результаты исследований по обоснованию принципов конструирования соединений деталей из композиционных материалов, на основании чего предложены новые конструктивно-технологические решения металлокомпозитных соединений. Для реализации эффективного перехода от дета...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2006
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47856 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности / Я.С. Карпов // Проблемы прочности. — 2006. — № 3. — С. 23-33. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-47856 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-478562013-08-03T14:11:30Z Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности Карпов, Я.С. Научно-технический раздел Представлены и проанализированы результаты исследований по обоснованию принципов конструирования соединений деталей из композиционных материалов, на основании чего предложены новые конструктивно-технологические решения металлокомпозитных соединений. Для реализации эффективного перехода от деталей из композиционных материалов к металлическому стыковому фитингу разработаны новые способы соединения с заформо- ванными в композиционный материал продольными и поперечными крепежными микроэлементами, заформованными или установленными на металлическую деталь. Предложена модификация полупетлевого соединения, позволяющая обеспечить работу узла на сжатие и снизить уровень напряжений надавливания в зоне намотки. Исходя из анализа условий передачи усилий в разработанных конструктивно-технологических решениях и технологий их формирования сформулированы основные направления теоретических и экспериментальных исследований для обеспечения проектирования и расчета на прочность. Экспериментальная оценка статической прочности подтверждает эффективность предложенных решений. Наведено та проаналізовано результати досліджень щодо обгрунтування принципів конструювання з ’єднань деталей з композиційних матеріалів, на основі чого запропоновано нові конструктивно-технологічні рішення метало- композитних з’єднань. Для реалізації ефективного переходу від деталей з композиційних матеріалів до металевого стикового фітинга розроблено нові способи з’єднання із заформованими у композиційний матеріал поздовжніми та поперечними кріпильними мікроелементами, що установлюються на металевій деталі. Запропоновано модифікацію півпетлевого з ’єднання, що дозволить забезпечити роботу вузла на стиск та зменшити рівень напружень “стиску” у зоні намотки. На основі аналізу умов передачі зусиль у розроблених конструктивно-технологічних рішеннях та технології їх формування сформульовано основні напрямки теоретичних і експериментальних досліджень для забезпечення проектування і розрахунку на міцність. Експериментальна оцінка статичної міцності підтверджує ефективність запропонованих рішень. Based on the discussion and analysis of available research results on substantiation of engineering principles of designing joints of composite material parts, we propose a new design- and-technological solutions for metal-composite joints. For implementation of effective transition from composite material parts to a metal abutting connecting piece, new techniques have been developed, which envisage usage of longitudinal and transverse microcells molded into a composite material and fastened to the metal parts. We propose a modification of a semi-clasp joint, which makes it possible to ensure the node functioning in compression and to decrease pressure stress level in a winding zone. Based on the analysis of force transmission conditions in the developed designand- technological solutions and technologies of their implementation, we formulate the main directions of theoretical and experimental research aimed at engineering design and strength assessment. The experimental static strength assessment confirms the efficiency of the solutions proposed. 2006 Article Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности / Я.С. Карпов // Проблемы прочности. — 2006. — № 3. — С. 23-33. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47856 624.078.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Карпов, Я.С. Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности Проблемы прочности |
| description |
Представлены и проанализированы результаты исследований по обоснованию принципов
конструирования соединений деталей из композиционных материалов, на основании чего
предложены новые конструктивно-технологические решения металлокомпозитных соединений.
Для реализации эффективного перехода от деталей из композиционных материалов к
металлическому стыковому фитингу разработаны новые способы соединения с заформо-
ванными в композиционный материал продольными и поперечными крепежными микроэлементами,
заформованными или установленными на металлическую деталь. Предложена
модификация полупетлевого соединения, позволяющая обеспечить работу узла на сжатие и
снизить уровень напряжений надавливания в зоне намотки. Исходя из анализа условий передачи
усилий в разработанных конструктивно-технологических решениях и технологий их
формирования сформулированы основные направления теоретических и экспериментальных
исследований для обеспечения проектирования и расчета на прочность. Экспериментальная
оценка статической прочности подтверждает эффективность предложенных решений. |
| format |
Article |
| author |
Карпов, Я.С. |
| author_facet |
Карпов, Я.С. |
| author_sort |
Карпов, Я.С. |
| title |
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности |
| title_short |
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности |
| title_full |
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности |
| title_fullStr |
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности |
| title_full_unstemmed |
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности |
| title_sort |
соединения высоконагруженных деталей из композиционных материалов. сообщение 1. конструктивно-технологические решения и оценка их работоспособности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47856 |
| citation_txt |
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных
материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические
решения и оценка их работоспособности / Я.С. Карпов // Проблемы прочности. — 2006. — № 3. — С. 23-33. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT karpovâs soedineniâvysokonagružennyhdetalejizkompozicionnyhmaterialovsoobŝenie1konstruktivnotehnologičeskierešeniâiocenkaihrabotosposobnosti |
| first_indexed |
2025-07-04T07:55:00Z |
| last_indexed |
2025-07-04T07:55:00Z |
| _version_ |
1836702185991176192 |
| fulltext |
УДК 624.078.4
Соединения высоконагруженных деталей из композиционных
материалов. Сообщение 1. Конструктивно-технологические
решения и оценка их работоспособности
Я. С. Карпов
Национальный аэрокосмический университет им. Н. Е. Жуковского “Харьковский
авиационный институт”, Харьков, Украина
Представлены и проанализированы результаты исследований по обоснованию принципов
конструирования соединений деталей из композиционных материалов, на основании чего
предложены новые конструктивно-технологические решения металлокомпозитных соеди
нений. Для реализации эффективного перехода от деталей из композиционных материалов к
металлическому стыковому фитингу разработаны новые способы соединения с заформо-
ванными в композиционный материал продольными и поперечными крепежными микро
элементами, заформованными или установленными на металлическую деталь. Предложена
модификация полупетлевого соединения, позволяющая обеспечить работу узла на сжатие и
снизить уровень напряжений надавливания в зоне намотки. Исходя из анализа условий пере
дачи усилий в разработанных конструктивно-технологических решениях и технологий их
формирования сформулированы основные направления теоретических и экспериментальных
исследований для обеспечения проектирования и расчета на прочность. Экспериментальная
оценка статической прочности подтверждает эффективность предложенных решений.
К лю ч е вы е с ло в а : соединение, композиционный материал, крепежный эле
мент, конструктивно-технологическое решение, принцип конструирования,
прочность, эксперимент.
Введение. В настоящее время практически все отрасли промышлен
ности, предприятия и организации используют в производстве композицион
ные материалы (КМ). Несмотря на важность и необходимость решения
многочисленных проблем механики и прочности, проектирования и техно
логии производства конструкций из КМ, можно констатировать, что самой
значимой является проблема разработки конструктивно-технологических ре
шений (КТР) соединений высоконагруженных деталей из волокнистых КМ.
Если из КМ изготовлялись вспомогательные и малонагруженные элементы
конструкций, то для соединений достаточно успешно применялись тради
ционные способы: механический крепеж и клеевые композиции.
В связи с переходом к проектированию и изготовлению силовых агрега
тов из КМ, особенно в авиации и космонавтике, актуальность проблемы
соединений повысилась по следующим причинам:
применение традиционного механического крепежа и способов его
установки приводит к перерезанию значительной части волокон, что тре
бует соответствующей компенсации и пересмотра структуры КМ;
склеивание высоконагруженных деталей затруднено в условиях серий
ного производства из-за высоких требований к параметрам и качеству
выполнения технологических операций, отсутствия надежных методов не
разрушающего контроля, неразрешимости вопросов ремонта, а также сло
жившегося недоверия конструкторов к клеевым соединениям, особенно,
если они отвечают за безопасность изделия в целом;
© Я. С. КАРПОВ, 2006
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, N 3 23
Я. С. Карпов
полимерные КМ обладают низкими прочностными свойствами при
испытаниях на смятие, срез и межслойный сдвиг. Приводимые в литера
турных источниках значения прочности при смятии, равные 400...700 МПа
[1- 8], получены на лабораторных образцах большой толщины, когда су
щественно снижается влияние масштабного фактора;
механическая обработка современных КМ является весьма трудоемким
и дорогостоящим процессом, требующим нового режущего инструмента и
оборудования [2, 9-11]. Пока не решены проблемы нормирования, обеспе
чения и контроля точности отверстий и шероховатости поверхности после
резания.
В настоящее время развиваются два основных направления решения
проблемы соединений:
первое - совершенствование традиционных (механический и клеевой)
способов соединения с учетом особенностей КМ и технологических про
цессов их переработки. Сюда следует отнести исследования по использо
ванию малоразмерного крепежа [2 , 12-16], разработку композитных крепеж
ных элементов [9, 13], поиск путей повышения прочности КМ на смятие и
срез [17-19] и др.;
второе - поиск принципиально новых КТР соединений, которые орга
нически были бы присущи конструкциям из КМ. Этот путь представляется
более целесообразным, во многих случаях на его основе разработаны весьма
эффективные соединения: полупетлевые соединительные законцовки [20
24]; многоступенчатые клеевые соединения [25-27]; переход в зоне соеди
нения от полимерной к металлической матрице при сохранении непре
рывности волокон [28] и др.
Исследование основных видов потери несущей способности соедине
ний традиционными способами и путей повышения их прочностных свойств
[29-31] позволило сформулировать следующие принципы конструирования
соединений:
сохранение целостности арматуры при формировании соединения КМ -
металл;
обеспечение съема (передачи) усилий с минимально возможного объема
КМ (в пределе - с каждой нити, волокна) в направлении армирования;
миниатюризация крепежных элементов и обеспечение воспроизводи
мости требуемого качества их установки в серийном производстве;
интегрирование промежуточных (переходных) соединений КМ-металл
в конструкцию из КМ при ее формовании.
Конструктивно-технологические реш ения соединений деталей из
КМ. Указанные выше принципы реализованы в новых КТР соединений,
разработанных и исследованных в Национальном аэрокосмическом уни
верситете им. Н. Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”. На
рис. 1,а,б показан способ соединения на основе заформованных в деталь из
КМ продольных крепежных элементов, изготовленных из металлической
проволоки или борных волокон. После формования деталей проводится
совмещение свободных концов проволоки (волокон) путем взаимного внед
рения, а зона совмещения пропитывается клеящим веществом [32]. Посколь
ку количество крепежных элементов большое (их объемное содержание в
24 1&$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
Соединения высоконагруженных деталей
зоне совмещения находится в пределах 40...60%), целесообразно предвари
тельно изготовлять полуфабрикаты из них, например зигзагообразно гнутая
проволока (рис. 1,в), слои проволоки, скрепленные клеевой пленкой (рис. 1,г),
выштамповки из металлической фольги (рис. 1,д) и др.
Соединяемые детали
Рис. 1. Способ соединения с продольными заформованными крепежными микроэлементами.
Основой соединения с элементами продольной связи (рис. 1) является
их адгезионное соединение в зоне совмещения и на участке заформовки в
КМ. Измерение усилия выдергивания показало, что разрыв проволоки дости
гается при глубине более 10 мм. Эти данные были подтверждены при
исследовании прочности образцов соединения деталей из углепластика с
различной длиной зоны совмещения I (рис. 2, 3).
С целью проверки работоспособности соединения для высоконагружен
ных деталей из КМ изготовляли образцы с площадью поперечного сечения
400 мм 2 (8 X 50 мм) из углепластика со структурой [0°60 , ± 45°3 , 90°4 ], при
чем в зоне перехода к законцовке отсутствовало какое-либо усиление.
Соединение было рассчитано на нагрузку 200 кН, и каждая деталь
содержала 2000 элементов продольной связи из стальной проволоки диамет
ром 0,25 мм. Результаты статических испытаний представлены в таблице.
Рис. 2. О бразцы соеди нени я с элем ентам и п родольной связи.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3 25
Я. С. Карпов
Результаты статических испытаний образцов соединения
с элементами продольной связи
№
образца
Длина зоны
совмещения, мм
Разрушающее
усилие, кН
Характер разрушения
1 15 90,3 Разрушение законцовки в захватах
испытательной машины
2 10 160,7 То же
3 18 176,0 Разрушение образца в зоне перехода
к соединительной законцовке
4 12 187,3 То же
5 10 111,2 Разрушение соединения
из-за некачественной пропитки клеем
6 10 201,5 Разрушение образца в зоне перехода
к соединительной законцовке
Р,
кН
24
20
16
12
8
4
0
1 2 3 4 5 6 7 8 /, мм
Рис. 3. Зависимость прочности соединения от длины зоны совмещения. (Сплошная линия -
аппроксимация; точки - данные эксперимента.)
Анализ экспериментальных результатов показал: во-первых, при длине
зоны совмещения более 10 мм не удалось разрушить соединение, что
свидетельствует о больших потенциальных возможностях этого КТР; во-
вторых, на участке перехода к соединительной законцовке, где неизбежно
искривление волокон КМ, необходимо предусмотреть дополнительное уси
ление. Этот вывод основан на том, что заостренные крепежные элементы,
установленные на соединительной металлической накладке, после выкладки
пакета слоев КМ внедряются в препрег и проводится совместная полиме
ризация связующего (рис. 4) [33]. При таком способе установки крепежных
элементов сохраняется целостность волокон КМ и обеспечивается иден
тичность условий взаимодействия КМ с крепежными элементами.
На рис. 4 ,г -е показаны способы установки крепежных элементов путем
запрессовки, сварки и фрезерования, на рис. 4,ж ,з - возможные варианты их
расположения по поверхности накладки. Форма и размеры накладки (фи
тинга) могут быть любыми в зависимости от назначения соединения и
конфигурации ответного узла.
26 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
Соединения высоконагруженных деталей
Н акладка (ф и ти н г) с к репеж н ы м и эл ем ен там и
111111111111 ................ ... I
I I I I I I I I I I I I /
и в
я
ф ф
* ф
ф ф
Ж 3
Рис. 4. Конструктивно-технологическое решение соединения с поперечными заформован-
ными крепежными микроэлементами.
б
Для оценки работоспособности соединения с элементами поперечной
связи на базе представленных выше экспериментальных данных были спро
ектированы, изготовлены и испытаны несколько видов образцов. В первой
серии деталь с площадью поперечного сечения 400 мм (8 х 50 мм) из
углепластика со структурой [0° 6о , ± 45° 3 , 90°4 ] была снабжена законцов-
ками, состоящими из двух накладок из сплава Д16АТ толщиной 8 мм. В
каждой накладке было запрессовано по 120 стальных штифтов диаметром
1 мм с шагами 7 мм вдоль и 4 мм поперек соединения таким образом, чтобы
при внедрении в КМ получить равномерное распределение штифтов по
композиту. Разрушение пяти образцов при отсутствии какого-либо усиления
в зоне соединения произошло по первому-второму ряду крепежных элемен
тов при коэффициенте работоспособности 0,78.
Конструктивно-технологическое решение соединения с трансверсаль-
ными микроэлементами имеет наиболее широкие перспективы и область
применения в деталях из слоистых КМ, поэтому подробное исследование
всех аспектов прочности соединения и его элементов будет приведено в
отдельном сообщении.
Известны преимущества и недостатки традиционного полупетлевого
соединения, образованного огибанием нитями КМ стыкового болта (рис. 5,а).
С целью обеспечения возможности восприятия сжимающих усилий пред
ложено устанавливать на центральный болт (штифт, ось и т.п.) дополни
тельные шайбы (рис. 5,б,в), ребра (рис. 5,г) или поперечные крепежные
микроэлементы (рис. 5,д), к которым при полимеризации приклеивается КМ
[34].
Для оценки статической прочности этого узла изготовляли путем на
мотки образцы из однонаправленного углепластика с площадью попереч
ного сечения 400 мм (две ветви 30 х 6,6 мм) с шайбами из нержавеющей
стали, установленными с шагом 1 мм. Разрушающая нагрузка при растя
жении составляла 150 кН, при сжатии - 160 кН, причем в первом случае
разрушение имело место в зоне перехода к шайбам, во втором оно про
изошло от разрыва и смятия шайб.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3 27
Я. С. Карпов
Шайбы РебРа Ш тифты
Рис. 5. Модифицированное полупетлевое соединение.
Исследовали также различные технологические процессы этого вида
специфической намотки с целью обеспечения максимально равномерного
натяжения всех слоев перед полимеризацией. Наилучшие результаты полу
чены при технологическом процессе, когда межцентровое расстояние (на
чальное значение 250 мм) уменьшалось на 0,3 мм после каждого слоя и
восстанавливалось начальное расстояние после намотки всех слоев.
Как следует из вышеприведенного описания новых КТР соединений, их
задача заключалась в обеспечении эффективного перехода от композитной
детали к металлическому соединительному фитингу. В зоне перехода реали
зуется сложная металлокомпозитная гетерогенная структура (МКГС), и от
соотношения параметров компонентов зависит степень полноты реализации
сформулированных принципов ее конструирования. Сравнение предложен
ных КТР с известными способами соединений показало, что для расчета на
прочность и проектирования необходимо разработать специфический комп
лекс расчетного и экспериментального обеспечения, поскольку большинство
имеющихся сведений для традиционных КТР соединений практически не
применимы для определения параметров МКГС.
Содержание и состав теоретико-экспериментального обеспечения
расчета на прочность соединений. Расчет на прочность и проектирование
соединений базируются на математических моделях определения напря
женно-деформированного состояния (НДС). Для сравнения относительной
эффективности различных КТР целесообразно располагать методиками оцен
ки НДС, базирующимися на расчетных схемах одного уровня, т.е. обеспе
чивающими равнозначные условия сравнения целевых функций проекти
рования. Анализ многочисленных теорий и методик свидетельствует о том,
что ни одна из них не позволяет описывать (моделировать) всевозможные
КТР соединений, за исключением метода конечных элементов, хотя и этот
математический аппарат слабо приспособлен для задач проектирования.
Кроме того, для расчета на прочность необходимы конкретные данные об
условиях взаимодействия компонентов МКГС.
Основной особенностью МКГС с поперечными крепежными элемен
тами (рис. 4) является “обтекание” малоразмерных штифтов непрерывными
волокнами (нитями), поэтому для расчета НДС необходимо иметь количест
венные данные по изменению упругих свойств КМ по объему соединения.
28 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
Соединения высоконагруженных деталей
Большое разнообразие форм, размеров и расположения крепежных элемен
тов, а также структур КМ соединяемых деталей ставит задачу синтеза
расчетно-экспериментальных зависимостей для определения коэффициен
тов податливости крепежных элементов и соединяемых деталей. Требуют
серьезного пересмотра также методы и устройства для экспериментального
определения этих величин.
Аналогичная проблема имеет место при определении прочности КМ
при смятии. Результаты экспериментальных исследований [1, 3, 35-37]
показали, что прочность при смятии существенно зависит от размеров
крепежных элементов и структуры КМ. В связи с этим целесообразно
разработать новые методы и устройства для определения прочности КМ при
смятии, тем более, что при разработке конструкции агрегата (детали) рас
сматриваются различные структуры КМ, покрытия крепежных элементов,
параметры технологических процессов изготовления, которые трудно учи
тывать в аналитических моделях и методах.
Важным параметром при расчете на прочность соединений с попереч
ными связями (рис. 4) является коэффициент снижения прочности КМ в
зоне внедрения и заформовки крепежного элемента, который можно трак
товать как некоторый аналог классического коэффициента концентрации
напряжений. Хотя в предложенном КТР волокна не перерезаются, все же
из-за искривления арматуры КМ и изменения объемного содержания про
исходит снижение несущей способности материала. Исследование прочнос
ти КМ с заформованными включениями позволит обосновать рациональные
размеры, форму и расположение крепежных элементов.
В результате дополнительного армирования законцовки детали из КМ
элементами продольной связи возникает задача определения физико-механи
ческих характеристик гибридного КМ законцовки и зоны перехода к ней,
так как проектными параметрами такой структуры являются характер распо
ложения элементов продольной связи в КМ, глубина заформовки, допус
тимое изменение объемного содержания компонентов КМ, а также опти
мальное значение объемного содержания крепежных микроэлементов в зоне
совмещения (рис. 1).
Основной задачей модифицированного полупетлевого соединения явля
ется обеспечение управляемости объемным содержанием волокон и связу
ющего КМ в зоне законцовки (рис. 5). Кроме того, при намотке каждого
последующего слоя происходит ослабление натяжения предыдущих слоев,
что приводит к появлению остаточных технологических напряжений. Поэто
му в процессе намотки необходимо управлять не только усилием натяжения,
но и межцентровым расстоянием.
Таким образом, синтезировано содержание системы математического и
экспериментального обеспечения расчета на прочность и проектирования
предложенных способов соединения высоконагруженных деталей из КМ.
В ы в о д ы
1. На основе анализа специфических особенностей КМ и опыта их
применения в конструкциях летательных аппаратов обоснованы принципы
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3 29
Я. С. Карпов
конструирования металлокомпозитных соединений и предложены новые
конструктивно-технологические решения их реализации.
2. Синтезированы состав и содержание теоретического и эксперимен
тального обеспечения, необходимые для расчета на прочность и проекти
рования соединений.
3. Приведены результаты экспериментального исследования статичес
кой прочности предложенных КТР, подтверждающие их высокую эффектив
ность для дальнейшего внедрения КМ в различных областях техники.
Р е з ю м е
Наведено та проаналізовано результати досліджень щодо обгрунтування
принципів конструювання з ’єднань деталей з композиційних матеріалів, на
основі чого запропоновано нові конструктивно-технологічні рішення метало-
композитних з’єднань. Для реалізації ефективного переходу від деталей з
композиційних матеріалів до металевого стикового фітинга розроблено нові
способи з’єднання із заформованими у композиційний матеріал поздовж
німи та поперечними кріпильними мікроелементами, що установлюються на
металевій деталі. Запропоновано модифікацію півпетлевого з ’єднання, що
дозволить забезпечити роботу вузла на стиск та зменшити рівень напру
жень “стиску” у зоні намотки. На основі аналізу умов передачі зусиль у
розроблених конструктивно-технологічних рішеннях та технології їх форму
вання сформульовано основні напрямки теоретичних і експериментальних
досліджень для забезпечення проектування і розрахунку на міцність. Експе
риментальна оцінка статичної міцності підтверджує ефективність запро
понованих рішень.
1. Чмилъ В. Т., И ваницкий В. А ., П озняков Е. И. и др. Влияние некоторых
конструктивных и технологических факторов на прочность клепанных
и клееклепанных соединений из углепластика // II Межотраслевая школа
по проблемам проектирования конструкций: Тез. докл. - Харьков, 1980.
- С. 42.
2. В оробей В. В ., С ирот кин О. С. Соединения конструкций из компози
ционных материалов. - Л.: Машиностроение, 1985. - 168 с.
3. И лъина А. Д . Исходные прочностные характеристики композиционных
материалов для проектирования механических соединений // Проекти
рование, расчет и испытания конструкций из композиционных мате
риалов. - М.: ЦАГИ, 1979. - Вып. 7. - С. 56 - 60.
4. Л еонова И. Е ., Семин М . И . Экспериментальное исследование анизо
тропии прочности болтовых соединений слоистых композитов при
варьировании геометрическими и конструктивными параметрами //
Механика композитных материалов. - 1990. - № 2. - С. 268 - 272.
5. Уенг Ч. Е. С., Ч ж ан гК . Д . Оценка прочности механических соединений
в конструкциях из слоистых композиционных материалов // Аэрокосм.
техника. - 1986. - № 4. - С. 29 - 33.
30 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3
Соединения высоконагруженных деталей
6 . D e K o n ing C. A. M . a n d D reum el N. H. M . Mechanical jointing in aramid
fibre composites an experimental study // J. Aircraft. - 1983. - 20, No. 1. -
P. 1 - 16.
7. H art-Sm ith L. J . Bonded-bolted composite joint // Ibid. - 1985. - 22, No. 11.
- P. 993 - 1000.
8. Vinson J. R . Mechanical testening of polymer composites // Polymer Eng.
Science. - 1989. - 29, No. 19. - P. 1332 - 1339.
9. М ат виенко В. А ., Б урау И. В. Анализ современного уровня и перспек
тив конструктивно-технологического совершенствования соединений
полимерных композиционных материалов // Перспективы развития тех
нологии изготовления конструкций из КМ: Материалы сов. - М.: НИАТ,
1986. - С. 3 - 12.
10. Р езников В. A ., С ам олет ов И. Д . Точность обработки отверстий в
смешанных пакетах, содержащих КМУ // Перспективы развития техно
логии изготовления конструкций из КМ: Материалы сов. - М.: НИАТ,
1986. - С. 19 - 25.
11. С ирот кин О. С. Проектирование и технология соединений элементов
конструкций из композиционных материалов // Пласт. массы. - 1976. -
№ 3. - С. 57 - 61.
12. И льина A. Д ., И льин Ю . С. Высокопрочные соединения композицион
ных материалов // Проектирование, расчет и испытания конструкций из
композиционных материалов. - М.: ЦАГИ, 1979. - Вып. 7. - С. 42 - 49.
13. Г ригорьев В. П ., С ирот кин О. С., Гром ов В. Ф. и др. Новый метод
клепки конструкций из композиционных материалов // Пласт. массы. -
1976. - № 3. - С. 71 - 73.
14. А бибов A. Л ., В асильев В. В ., К ут ьинов В. Ф. и др. Проектирование,
расчет и испытание соединений конструкции из композиционных мате
риалов // Проектирование, расчет и испытания конструкций из компо
зиционных материалов. - М.: ЦАГИ, 1973. - Вып. 1. - С. 190 - 196.
15. С ирот кин О. С. Проектирование соединений элементов конструкций из
композиционных материалов // Изв. вузов. Сер. Машиностроение. -
1978. - № 2. - С. 30 - 33.
16. А рт ю хов М . С., А нуф риев Б. H ., В оробей В. В. и др. Штифтовой метод
соединения деталей из полимерных композиционных материалов //
Пласт. массы. - 1976. - № 3. - С. 66 - 68 .
17. Д огм ат ы рский Б. А ., С ирот кин О. H ., Я рковец А. И . Болтовые и
заклепочные соединения конструкций из стеклопластиков. - М.: МАИ,
1972. - 100 с.
18. А кулин М . И ., Д а вы дова Т. М ., К ириллин А. Н. и др. Особенности
технологических процессов выполнения клееклепанных соединений
композиционных материалов // Проектирование, расчет и испытания
конструкций из композиционных материалов. - М.: ЦАГИ, 1979. -
Вып. 7. - С. 60 - 65.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 3 31
Я. С. Карпов
19. Ц арахов Ю . С. Конструирование соединений элементов ЛА из компози
ционных материалов: Учеб. пособие. - М.: МФТИ, 1980. - 82 с.
20. С ирот кин О. С., Л ит винов В. Б ., Г риш ин В. И . Технология и механика
соединений. - М.: Арктика, 2000. - 314 с.
21. Б оголю бов В. С. Формообразующая оснастка из полимерных матери
алов. - М.: Машиностроение, 1979. - 183 с.
22. С ирот кин О. С., Зайцев Г. П ., К айков К. В. и др. Контактное взаимо
действие шарнирного металлокомпозитного соединения при наличии
трещиноподобных дефектов // Механика композитных материалов. -
1987. - № 1. - С. 100 - 104.
23. Б лагов В. А ., К олм ы чов А. П., К обелев В. Н. и др. Легкие судовые
конструкции из пластмасс. - Л.: Судостроение, 1969. - 262 с.
24. D ö rner H . Drei Welten - ein Leben. - Heilbronn: Heiner Domer, 1995. -
304 S.
25. К ом позиционны е материалы. В 8 т. / Под ред. Л. Браутмана, Р. Крока //
Т. 7. Анализ и проектирование конструкций. - М.: Машиностроение,
1978. - 342 с.
26. К ом п о зи ц и о нны е материалы. В 8 т. / Под ред. Л. Браутмана, Р. Крока.
Т. 8 . Анализ и проектирование конструкций. - М.: Машиностроение,
1978. - 264 с.
27. Современные композиционные материалы / Под ред. Л. Браутмана, Р. Кро
ка. - М.: Мир, 1978. - 672 с.
28. Б елозеров Л. Г. Исследование эффективности элементов конструкций
из композиционных материалов с регулируемыми свойствами. - М.:
ЦАГИ, 1978. - Вып. 1913. - С. 13 - 26.
29. Г айдачук В. E ., К арпов Я. С. Научная школа ХАИ по проблемам
создания эффективных конструкций летательных аппаратов из поли
мерных композиционных материалов // Технол. системы. - 1999. - № 2.
- С. 81 - 83.
30. К арпов Я. С. Принципы конструирования соединений высоконагру-
женных деталей летательных аппаратов из композиционных матери
алов // Вопросы проектирования и производства конструкций лета
тельных аппаратов: Сб. науч. трудов. - Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т
“ХАИ”, 2 0 0 1 . - 122 с.
31. К арпов Я. С. Научные основы решения проблемы соединения высоко-
нагруженных деталей летательных аппаратов из композиционных мате
риалов // Технол. системы. - 2000. - Вып. 3. - С. 36 - 40.
32. А. с. 1215271 С ССР, МКИ В64С 11/06. Лопасть воздушного винта из
композиционного материала / В. Е. Гайдачук, С. И. Клименков, Я. С.
Карпов и др. - Опубл. 05.03.84.
33. А. с. 1121867 С ССР, МКИ В64С 1/12. Способ соединения деталей из
волокнистых композиционных материалов / В. Е. Гайдачук, Я. С. Кар
пов, А. В. Корженевский и др. - Опубл. 10.01.83.
32 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 3
Соединения высоконагруженных деталей
34. А. с. 1110071 С ССР, МКИ В64С 1/12. Узел соединения деталей из
разнородных материалов / В. Е. Гайдачук, Я. С. Карпов, В. Ф. Кутьинов
и др. - Опубл. 07.01.83.
35. К орж еневский А. В ., В еселъский С. И ., М акаренко В. А. и др. Иссле
дование прочности композиционных материалов на смятие // Вопросы
проектирования и производства конструкций летательных аппаратов:
Сб. науч. трудов. - Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 1985. - С. 112 - 116.
36. К арпов Я . С., М акаренко В. А ., М арченко В. Г . Исследование анизо
тропии прочности композиционных материалов на смятие крепежными
элементами // Расчет и проектирование конструкций летательных аппа
ратов: Сб. науч. трудов. - Харьков: Харьк. авиац. ин-т, 1989. - С. 82 -
91.
37. Р абинович А. Л ., А врасин Л. Д . О механических характеристиках не
которых пластиков в связи с прочностью болтовых и заклепочных
соединений // Стеклопластики и другие конструкционные материалы. -
М.: Машиностроение, 1960. - С. 25 - 32.
Поступила 05. 09. 2005
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 3 33
|