Стандартные механические испытания
Образцы для испытаний, в большинстве случаев, имеют простую геометрическую форму и позволяют проводить достаточно большой комплекс экспериментальных исследований механической прочности клеевого соединения. Все методики испытаний можно условно подразделить на две группы:
- стандартные механические испытания, позволяющие определить разрушающие нагрузки. Данные испытания могут проводить как при растяжении (сдвиг, отрыв, скручивание), так и при сжатии (изгиб);
- испытания на предварительно поврежденных образцах. В этом случае перед исследователями стоят задачи определить прочность при расслаивающих или отслаивающих нагрузках.
Результаты экспериментальных исследований позволяют определить реальную прочность клеевого соединения, однако они не отвечают на вопрос, почему произошло разрушение и почему реальная прочность оказалась меньше, чем это теоретически возможно. Причин такого расхождения значений теоретической и реальной прочности адгезивов несколько. Первая связана с тем, что прочность снижается из-за неравномерности нагрузки. Второй причиной является тот факт, что реальный материал всегда имеет микро- (а чаще, макро-) неоднородность, что также приводит к уменьшению прочности. Существуют и иные точки зрения. Для нас важным является тот факт, что теория не позволяет реально оценить прочность клеевого соединения, а получаемые из опытов результаты также не позволяют уточнить теоретические положения и сделать результаты расчетов более правдоподобными. Из этого совершенно не следует, что экспериментаторы и теоретики находятся в постоянном конфликте. Наоборот, они совместно ищут пути выхода из создавшегося положения. Один из ведущих специалистов Р.Д. Адаме считает, что:
- экспериментальные исследования расширяют возможности для теоретического анализа;
- экспериментальные исследования помогают решить многие практические вопросы, связанные с совершенствованием технологического процесса склеивания;
- на основании результатов экспериментальных исследований возможно проводить сравнительный анализ свойств самых различных клеевых материалов;
- на основании результатов экспериментальных исследований возможно более точное прогнозирование длительной прочности клеевых соединений при воздействии реальных эксплуатационных нагрузок и определение показателей их долговечности и надежности.
Испытания термореактивных клеев при воздействии расслаивающих нагрузок. При проведении испытаний под действием расслаивающих нагрузок в клеевом материале предварительно делают разрез. При таком испытании исследуется скорость распространения трещины.
Испытания на расслаивание
Три типа образцов, используемых при испытании под воздействием расслаивающихся напряжений и приведена схема приложения нагрузок.
Методика проведения испытаний при использовании предварительного надреза клеевого материала. В качестве образцов при проведении испытаний используют две пластины длиной 15-30 см, шириной 2-2,5 см и толщиной 1—1,5 см, которые соединены между собой с помощью прочного (жесткого) клея с модулем упругости, толщина клеевого шва составляет 50-150 мкм. Трещину в клеевом материале делают с помощью ножа или специального инструмента. В результате перемещения склеиваемых деталей при действии нагрузки, происходит прорастание трещины на глубину (длину). При таких испытаниях определяют кинетику распространения трещины в зависимости от жесткости склеиваемых поверхностей, начальной протяженности надреза и прочих факторов. Однако если клей обладает вязкоупругими свойствами, то может иметь место некоторое смещение магистральной трещины и появление дополнительных дефектов, что затрудняет анализ полученных результатов механических испытаний. В этом случае, возможно, использовать несколько типов образцов:
- испытания, при которых используются пластины, имеющие заданную конусность по всей длине;
- испытания, при которых также применяются нестандартные пластины, которые имеют определенную геометрию, т.е. конус, по ширине.
Испытания на расслаивание, как правило, проводят не непосредственные потребители клеевых материалов, а исследователи, занимающиеся изучением механики разрушения твердых тел.
Испытание на расслаивание с помощью клина (Wedge Test). В ходе испытаний по методике DCB, клин устанавливается в надрез, сделанный в клеевом материале с помощью специального инструмента. Нагрузка прикладывается непосредственно к клину, который постепенно углубляется в клеевой шов. Именно под воздействием клина происходит распространение трещины на длину а. Испытание проводят при статических нагрузках. Учеными М.Ф. Канниненом и К. Кретоном для этой схемы нагружения предложены следующие уравнения. Для пластин одинаковой геометрической формы, изготовленных из одного и того же материала, следует использовать зависимость:
Для пластин различной геометрии, изготовленных из разных материалов, уравнение имеет вид:
В обоих случаях принимается допущение, что клеевой материал является упругим телом. Данные испытания стандартизованы (ISO 15107) и используются в авиационной промышленности (первоначально они назывались «тест Боинга»). Мы далее на них еще остановимся в тех разделах, когда будем рассматривать методы определения долговечности склеенных конструкций.
Загрузка ...